專利名稱：半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法及分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法及分析方法。
背景技術(shù)：
對于半導(dǎo)體器件的大規(guī)模生產(chǎn)，期望能夠提供可靠的工藝技術(shù)。用于改善工藝技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性的過程包括設(shè)計半導(dǎo)體器件、制造半導(dǎo)體器件的樣品和測試所述樣品的步驟。半導(dǎo)體器件的失效分析是對改善過程的反饋過程，涉及發(fā)現(xiàn)和糾正缺陷的根源以克服由缺陷產(chǎn)生的問題。適當(dāng)?shù)氖Х治鰧τ诟纳瓢雽?dǎo)體器件的質(zhì)量是關(guān)鍵的。不正確的失效分析可能加長開發(fā)和提升半導(dǎo)體器件產(chǎn)品所需的周期。一般地，失效分析包括外部檢查、非破壞性分析、電性能檢測、破壞性分析等。隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高，形成半導(dǎo)體器件的元件結(jié)構(gòu)變成三維的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以便在限定的區(qū)域內(nèi)獲得足夠大的容量。半導(dǎo)體器件復(fù)雜度的增加，使得僅僅通過外部檢查或電性能檢測等方法并不能準(zhǔn)確分析出失效的根源，這就要求采用高級剝層處理技術(shù)打開半導(dǎo)體封裝件及去除待測晶片上的覆層，例如硅層、氧化層，以暴露出半導(dǎo)體器件的疊層結(jié)構(gòu)的失效情況。在公開號為CN101769876A的中國專利中公開了一種實現(xiàn)在晶片的正背面分別進(jìn)行一次失效分析的失效分析方法，包括提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括晶片和封裝覆層；在封裝覆層的一側(cè)形成暴露晶片正面的開口 ；在暴露的晶片正面進(jìn)行失效分析；填充所述開口 ；在封裝覆層的另一側(cè)進(jìn)行研磨直至暴露晶片背面；在暴露的晶片背面進(jìn)行失效分析。利用上述失效分析方法可以提高失效分析的準(zhǔn)確性，增強了失效分析的效果，改善了晶片的利用率。圖1為在晶片的正、背面進(jìn)行失效分析的原理圖。如圖1所示，待測晶片包括襯底 001和形成在襯底001表面的功能層，所述功能層內(nèi)包含多個信息單元(未示出)，信息單元可以是能夠獨立工作的任何單元，比如晶體管、二極管或者電阻等。信息單元通過金屬線 004與外部進(jìn)行信息交換，不同的信息單元與不同的金屬線004相電連接。在對晶片進(jìn)行失效分析的時候，探測裝置的探針與將金屬線004引出晶片的引線(未示出)建立電連接，從而在所述與同一信息單元相電連接的金屬線004兩端加電壓，使金屬線004內(nèi)形成如箭頭 I所示的電流，并保持電壓大小不變，然后用一束激光掃描金屬線004，激光002照射在金屬線004上形成光斑003，激光會對金屬線004加熱，使得形成光斑003的區(qū)域溫度升高，從而對應(yīng)區(qū)域電阻發(fā)生變化，使得探測到的電流發(fā)生變化。圖1中兩束激光004僅用于示意可以分別在晶片的正面或者背面進(jìn)行掃描測試，特此說明。在激光掃描金屬線過程中，如果掃描到某一點時，探測到的電流發(fā)生異常，則證明對應(yīng)點發(fā)生異常。但是隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高，半導(dǎo)體內(nèi)信息單元的密度也不斷增加，通常會采用引線將金屬線004與引線框架的管腳電連接，且多條引線與引線框架的同一管腳相
3連接。如圖2所示，101為待測試的晶片，102為引線框架(未示出)的管腳，103為引線，為了繪圖簡便，在圖2中僅示出部分管腳和引線。如果按照上述專利提供的方法，暴露晶片的正面或者背面并進(jìn)行失效分析，在去除引腳框架之后，測試終端就成了各引線。比如，有四條引線與引線框架同一管腳相連接，那么在去除引線框架之后，兩端各有4個測試終端，因為難以識別同一條引線的兩個終端，所以為了探測四條引線是否有缺陷，需要進(jìn)行多次測試。從而，由于測試終端數(shù)目多而增加測試的復(fù)雜度，降低效率。此外，在用機械研磨的方法暴露晶片背面的過程中，不可避免的會對晶片造成損傷，從而破壞晶片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種高效的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法和分析方法。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，包含提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括晶片和封裝覆層；去除晶片背面的封裝覆層，直至暴露晶片焊墊；去除晶片焊墊；去除晶片背面的封裝覆層，暴露引腳框架，不暴露晶片內(nèi)的引線。優(yōu)選地，四條引線連接在引線框架同一管腳上。優(yōu)選地，所述引腳框架的材料為銅，表面鍍有金屬鎳。優(yōu)選地，所述晶片焊墊的材料是金屬銅。優(yōu)選地，所述去除晶片焊墊步驟中使用的是濃度為70%的硝酸溶液。優(yōu)選地，所述去除晶片焊墊的步驟還包括去除晶片焊墊表面的銀膠層的步驟。優(yōu)選地，采用機械研磨的方法去除晶片背面的封裝覆層。優(yōu)選地，用機械研磨的方法去除晶片背面的封裝覆層用的是水砂紙。優(yōu)選地，去除晶片背面的封裝覆層的步驟包括用棉花清潔晶片焊墊。優(yōu)選地，所述引線的材料是金屬鋁或者金屬金。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體器件失效分析的方法適用的封裝類型包括小尺寸貼片封裝 (SOP)、薄型小尺寸貼片封裝(TSOP)、四側(cè)引腳扁平封裝(QFP)等形成引線框架的封裝。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件失效分析方法，包含提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括晶片和封裝覆層；去除晶片背面的封裝覆層，直至暴露晶片焊墊；去除晶片焊墊；去除晶片背面的封裝覆層，暴露引腳框架，不暴露晶片內(nèi)的引線；在暴露的引線框架的管腳上施加電壓，并采用激光掃描晶片；測試暴露的引線框架的管腳上電流，進(jìn)行失效分析。優(yōu)選地，失效分析是使用微光顯微鏡進(jìn)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明采用濕法工藝去除晶片背面的晶片焊墊，從而避免在暴露晶片背面的過程中對晶片造成損害。此外，本發(fā)明所提供的方法可以通過探測引線框架管腳，同時探測連在引線框架同一管腳上的多條引線，從而提高探測效率。


圖1是在晶片的正、背面進(jìn)行失效分析的示意性原理圖；圖2是本發(fā)明一個實施例中，引線與引線框架管腳連接示意圖；圖3為本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體器件中進(jìn)行失效分析的方法的示意性流程圖；圖4至圖8是本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件中進(jìn)行失效分析的方法的實施例的示意圖。
具體實施例方式由背景技術(shù)可知，隨著半導(dǎo)體器件集成密度的提高，利用現(xiàn)有半導(dǎo)體器件中進(jìn)行失效分析的方法進(jìn)行失效分析，測試終端數(shù)目多，使得測試復(fù)雜度高，測試效率低。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，以引線框架的管腳為測試終端進(jìn)行失效分析與以連接在同一管腳的各引線分別為測試終端進(jìn)行失效分析有相同的分析效果，并且可以降低分析復(fù)雜度、提高分析效率。本發(fā)明的發(fā)明人針對上述問題進(jìn)行研究，并在本發(fā)明中提供一種半導(dǎo)體器件中進(jìn)行失效分析樣品制作方法和分析方法。本發(fā)明所提供的方法可以通過探測引線框架的管腳同時探測連在引線框架同一管腳上的多條引線，從而提高探測效率，此外，本發(fā)明采用濕法工藝去除晶片背面的晶片焊墊，從而避免在暴露晶片背面的過程中，對晶片造成損害。需要說明的是，本發(fā)明所提供的失效分析方法適用于形成引腳框架的封裝，比如，S0P、TS0P、QFP寸。圖3為本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體器件中進(jìn)行失效分析樣品制作方法的示意性流程圖。本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體器件中進(jìn)行失效分析樣品制作包括以下步驟步驟S101，提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括晶片和封裝覆層。步驟S102，去除晶片背面的封裝覆層，直至暴露晶片焊墊。步驟S103，去除晶片焊墊。步驟S104，去除晶片背面的封裝覆層，暴露引腳框架，不暴露晶片內(nèi)的引線。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所提供失效分析樣品制作方法做進(jìn)一步描述。在下面闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下作類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的事實方式的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明的實施例時，為了便于說明，標(biāo)識器件結(jié)構(gòu)的剖面圖不會依一般比例作局部放大，而且所示示意圖只是實例，因此不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，在實際制作中應(yīng)該包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。參考圖4，提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括晶片20和封裝覆層21。在具體實施例中，晶片20是裝配于晶片焊墊22上，晶片焊墊22的材料選擇銅，并且在晶片20和晶片焊墊22之間形成一層銀膠層25，所述銀膠層25散熱性能好，可以對晶片形成保護(hù)。另外，晶片20上的各信息單元通過金屬線與外部進(jìn)行信息交換。在封裝的時候，金屬線通過引線23，例如金線或者鋁線，與引線框架M的管腳相電連接，用以將晶片20 上的電路信息傳輸至外界。
隨著集成電路密度的提高，多條引線與引線框架上同一管腳相電連接，比如，四條不同的引線與引線框架上同一管腳相電連接。需要說明的是，比如與四個信息單元相電連接的四條引線的一端連接在引線框架的一管腳上，則與四個信息單元相電連接的四條引線的另一端也連接在引線框架另一管腳上。所述引線框架M可以選用金屬銅形成，并在銅表面形成一層鎳，以便于將引線23 焊接在引腳框架M的管腳上，并防止引線框架M被氧化。封裝覆層21用于包覆晶片20， 為晶片20提供物理支撐、保護(hù)和散熱等功能。在本實施例中，封裝覆層21可以通過合模注膠的方式成型，即先在晶片的正面26和背面27上分別覆上覆層，再通過烘烤或高溫等工藝將所述覆層定型，得以將晶片20予以包覆。一般，封裝覆層21的材料可以是環(huán)氧樹脂，但并不以此為限，在其他實施例中，封裝覆層21的材料也可以是陶瓷。參考圖5，去除晶片20背面27的封裝覆層21，直至暴露晶片焊墊22。本步驟中去除晶片20背面27的封裝覆層21可以采用機械研磨的方法。比如采用水砂紙打磨晶片20背面27的封裝覆層21，所述水砂紙表面有氮化硅顆粒。優(yōu)選地，在用水砂紙打磨晶片20背面的封裝覆層21，暴露晶片焊墊22之后，可以用對晶片焊墊22進(jìn)行必要的清潔，比如用棉花擦拭晶片焊墊22，以利于后續(xù)過程中去除晶片焊墊22。也可以采用化學(xué)機械研磨(ChemicalMechanical Polishing, CMP)的方法去除晶片20背面27的封裝覆層21。在本步驟中，封裝覆層21所封裝的引腳框架不被暴露。利用機械研磨的方法去除封裝覆層21是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)，在此不再贅述。參考圖6，去除晶片焊墊22。所述去除晶片焊墊22的步驟，還包括去除位于晶片焊墊表面的銀膠層25的步驟。 所述銀膠層25位于晶片焊墊22和晶片20之間，具有良好的散熱功能和導(dǎo)電功能。去除晶片焊墊22可以采用濕法刻蝕工藝或者干法刻蝕工藝，在本發(fā)明的一個實施例中，采用濕法刻蝕工藝去除晶片焊墊22。具體地，所述晶片焊墊22的厚度為1毫米左右，將經(jīng)過上述步驟處理過的晶片在濃度為70%的硝酸溶液中浸泡1分鐘左右，晶片焊墊 22被全部腐蝕掉。因為所述封裝覆層不溶于硝酸，且與晶片焊墊22電接觸的引線框架的面積很小，所以在本步驟中，引線框架不會被腐蝕，或者說，引線框架被腐蝕的量可以忽略。 此外，在其他實施例中，去除所述晶片焊墊22的溶液也可以選擇其他能夠腐蝕金屬銅的溶液，比如，選擇濃硫酸在加熱環(huán)境下去除所述晶片焊墊22，溶液的濃度以及浸泡時間可以根據(jù)工藝需要進(jìn)行優(yōu)化。晶片焊墊22表面的銀膠層25可以在用硝酸浸泡反應(yīng)后，用棉簽擦除。經(jīng)過上述步驟，晶片背面被暴露，為后續(xù)測試提供了良好的觀察窗口，在后續(xù)步驟中，激光可以直接照射在晶片背面，從而對金屬線進(jìn)行掃描。需要說明的是，本發(fā)明所提供的方法也適用于在晶片正面形成接觸窗，從而直接將激光照射在晶片正面，對金屬線進(jìn)行掃描。此外，在上述步驟中，采用濕法刻蝕工藝去除晶片背面的晶片焊墊和銀膠層，所以避免了現(xiàn)有技術(shù)中通過機械的方法去除晶片背面的封裝覆層以暴露晶片背面的過程中對晶片造成損害。參考圖7，去除晶片20背面27的封裝覆層21，暴露引腳框架M，不暴露晶片20內(nèi)的引線23。
本步驟中去除晶片20背面27的封裝覆層21可以采用機械研磨的方法。比如采用水砂紙打磨晶片20背面27的封裝覆層21，所述水砂紙表面有氮化硅顆粒。采用水砂紙打磨晶片背面可以很好地控制打磨區(qū)域，使得封裝在封裝覆層21內(nèi)的引線框架對被暴露， 以在后續(xù)步驟中與檢測裝置的探針建立電連接，對晶片20進(jìn)行失效分析。同時，可以通過控制打磨時間以及力度使得引線框架M被全部或者部分暴露，而引線23不被暴露，當(dāng)然， 此過程中，引線23與引線框架M之間的電連接不被破壞。在現(xiàn)有技術(shù)中，引線是測試終端，所以在去除背面封裝覆層21的步驟中，引線框架可以被全部或者部分去除，而不影響后續(xù)測試。但是在本發(fā)明中，測試終端是引線框架的管腳，所以引線框架必須被部分保留并被暴露，這一特征可以通過控制刻蝕時間得以實現(xiàn)， 以在后續(xù)測試步驟中，與探針建立良好的電連接，以形成電流。優(yōu)選地，去除晶片20背面27的封裝覆層21，暴露引腳框架M之后，可以對所暴露的引腳框架M進(jìn)行必要的清潔，比如用棉花擦拭引腳框架24，以在后續(xù)失效分析過程中與探針建立良好的電接觸。經(jīng)過上述工藝，形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件失效分析樣品。在上述工藝中，采用濕法刻蝕工藝去除晶片背面的晶片焊墊和銀膠層，防止了暴露晶片背面的過程中對晶片造成損害。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件失效分析方法，具體包括提供待測的半導(dǎo)體器件， 所述半導(dǎo)體器件包括晶片和封裝覆層；去除晶片背面的封裝覆層，直至暴露晶片焊墊；去除晶片焊墊；去除晶片背面的封裝覆層，暴露引腳框架，不暴露晶片內(nèi)的引線；在暴露的引線框架的管腳上施加電壓，并采用激光掃描晶片；測試暴露的引線框架的管腳上電流，進(jìn)行失效分析。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件失效分析方法中包括制作半導(dǎo)體器件失效分析樣品，所述制作半導(dǎo)體器件失效分析樣品的方法請參考前述實施例，經(jīng)過前述實施例，形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件失效分析樣品之后，對該樣品進(jìn)行失效分析，具體包括在暴露的引線框架的管腳 2 和24b上施加電壓，并采用激光掃描晶片；測試暴露的引線框架的管腳上電流，進(jìn)行失效分析。有多種可選的失效分析工具，比如使用微光顯微鏡(Emission Microscope,EMMI) 進(jìn)行。具體請參考圖8，將EMMI的探針與引線框架的管腳Ma、24b建立電連接，所述引線框架的管腳Ma、24b分別是同一組引線的兩端所連接的管腳，比如在引線框架的管腳Ma 接高電位Vdd，引線框架的管腳24b接地電位Vss，從而在引線框架的管腳上施加電壓，同時采用一束激光掃面晶片，所述激光在晶片正面掃描所述晶片，或者在晶片背面掃面所述激光，并探測通過引線框架的管腳上電流。如果整個掃描過程中，所述引線框架的管腳上電流為發(fā)生異常變化則所述被分析晶片沒有缺陷，如果掃描至某一點時，電流值異于其它點，或者電流值的變化量異于其它點，則該點發(fā)生異常，比如位于該點的金屬線出現(xiàn)異常。利用本發(fā)明所提供的方法，可以同時檢測連接至同一管腳的各組引線，比如，有四條引線連在引線框架同一管腳上，利用本發(fā)明所提供的方法，可以同時檢查所述四條引線所連接的金屬線，如果以引線為測試終端，因為難以找到同一條引線的兩端，所以需要進(jìn)行多次測試。需要說明的是，在本發(fā)明所提供的實施例中，描述了在晶片的背面形成觀察窗口，并依據(jù)本發(fā)明所提供的失效分析方法進(jìn)行失效分析的步驟，但是本發(fā)明所提供的失效分析方法還適用于在晶片正面形成觀察窗口，并進(jìn)行失效分析，可以利用現(xiàn)有技術(shù)在晶片正面形成觀察窗口。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知在晶片正面形成觀察窗口的方法，故在此不再詳述。還需要說明的是，本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體器件失效分析的方法適用的封裝類型包括SOP、TSOP, QFP等形成引線框架的封裝。綜上，本發(fā)明所提供的方法可以通過探測引線框架管腳同時探測連在引線框架同一管腳上的多條引線，從而提高探測效率，此外，本發(fā)明采用濕法工藝去除晶片背面的晶片焊墊，從而避免在暴露晶片背面的過程中，對晶片造成損害。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，包含提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括晶片和封裝覆層；去除晶片背面的封裝覆層，直至暴露晶片焊墊；去除晶片焊墊；去除晶片背面的封裝覆層，暴露引腳框架，不暴露晶片內(nèi)的引線。
2.一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，四條引線連接在引線框架同一管腳上。
3.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，所述引腳框架的材料為銅，表面鍍有金屬鎳。
4.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，所述晶片焊墊的材料是金屬銅。
5.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，所述去除晶片焊墊步驟中使用的是濃度為70%的硝酸溶液。
6.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，所述去除晶片焊墊的步驟還包括去除晶片焊墊表面的銀膠層的步驟。
7.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，采用機械研磨的方法去除晶片背面的封裝覆層。
8.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，用機械研磨的方法去除晶片背面的封裝覆層用的是水砂紙。
9.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，去除晶片背面的封裝覆層的步驟包括用棉花清潔晶片焊墊。
10.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，所述引線的材料是金屬鋁或者金屬金。
11.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件失效分析的方法適用的封裝類型包括小尺寸貼片封裝、薄型小尺寸貼片封裝、四側(cè)引腳扁平封裝等形成引線框架的封裝。
12.—種半導(dǎo)體器件失效分析方法，其特征在于，包含提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括晶片和封裝覆層；去除晶片背面的封裝覆層，直至暴露晶片焊墊；去除晶片焊墊；去除晶片背面的封裝覆層，暴露引腳框架，不暴露晶片內(nèi)的引線；在暴露的引線框架的管腳上施加電壓，并采用激光掃描晶片；測試暴露的引線框架的管腳上電流，進(jìn)行失效分析。
13.依據(jù)權(quán)利要求12的半導(dǎo)體器件失效分析方法，失效分析是使用微光顯微鏡進(jìn)行。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法，本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體器件失效分析樣品的制作方法包括提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括晶片和封裝覆層；去除晶片背面的封裝覆層，直至暴露晶片焊墊；去除晶片焊墊；去除晶片背面的封裝覆層，暴露引腳框架，不暴露晶片內(nèi)的引線。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件失效分析方法。采用本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法和分析方法可以有效提高實效分析的效率，并且在暴露晶片背面的時候能夠避免對晶片造成損傷。
文檔編號G01R31/303GK102468122SQ20101053260
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者鐘怡, 陳強 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司