CN101769876A

CN101769876A - 在半导体器件中进行失效分析的方法

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Publication number: CN101769876A
Application number: CN200810208185A
Authority: CN
Inventors: 陈强; 郭志蓉; 周晶
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2028-12-29
Also published as: CN101769876B

Abstract

一种在半导体器件中进行失效分析的方法，包括：提供待测的半导体器件，所述半导体器件包括晶片和封装覆层；在封装覆层的一侧形成暴露晶片正面的开口；在暴露的晶片正面进行失效分析；填充所述开口；在封装覆层的另一侧进行研磨直至暴露晶片背面；在暴露的晶片背面进行失效分析。与现有技术相比，本发明采用先在晶片正面开口，后在晶片背面研磨的方法，实现在晶片的正背面分别进行一次失效分析，提高了失效分析的准确性，增强了失效分析的效果，改善了晶片的利用率。

Description

在半导体器件中进行失效分析的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种在半导体器件中进行失效分析的方法。

背景技术

对于半导体器件的大规模生产，期望能够提供有利可图的可靠工艺技术。用于改善工艺技术的可靠性和稳定性的过程包括设计半导体器件、制造半导体器件的样品和测试所述样品的步骤。半导体器件的失效分析是反馈过程，涉及发现和纠正缺陷的根源以克服由缺陷产生的问题。

适当的失效分析对于改善半导体器件的质量是关键的。不正确的失效分析可能加长开发和提升半导体器件产品所需的周期。一般地，失效分析包括外部检查、非破坏性分析、电性能检测、破坏性分析等。

随着半导体器件集成度的提高，形成半导体器件的元件结构变成三维的复杂结构，以便在限定的区域内获得足够大的容量。半导体器件复杂度的增加，使得仅仅通过外部检查或电性能检测等方法并不能准确分析出失效的根源，这就要求采用高级剥层处理技术打开半导体封装件及去除待测晶片上的覆层，例如硅层、氧化层，以暴露出半导体器件的叠层结构的失效情况。

通常，当确定的失效位置是处于晶片的正面或是其正面的上方、或是需在晶片上进行电性分析时，则一般采用前端失效剥离工艺，从其顶层开始，依次去除各叠层，则能依次观察各层的失效部位。

另一方面，由于半导体的集成度越来越高，叠层结构越来越复杂，例如包括有6层、甚至是8层、9层的结构。如果失效位置处于半导体器件的中部或底端，采用前端失效剥离工艺需要剥离多层覆层，效率比较低下；另外，在有些情况下，失效位置可能处于晶片的背面或是其背面的下方，采用前端失效剥离工艺不一定能找到失效位置并进行准确的失效分析。此时，也可以采取在半导体器件背面进行剥层的后端失效剥离工艺。

实际上，在有些情形下，采用任一种剥离技术，无论是前端失效剥离工艺还是后端失效剥离工艺，仍有可能会出现确定失效位置失败的问题。但由于采用失效剥离工艺往往又会破坏晶片的覆层、晶片本身、连接金线或焊垫等，故在现有技术中，对于单一半导体器件，只能进行一次失效剥离工艺，不能在一个半导体器件上同时进行前端失效剥离工艺和后端失效剥离工艺。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种在半导体器件中进行失效分析的方法，解决现有技术中对于同一个半导体器件只能进行一次失效分析的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种在半导体器件中进行失效分析的方法，包括：提供待测的半导体器件，所述半导体器件包括晶片和封装覆层；在封装覆层的一侧形成暴露晶片正面的开口；在暴露的晶片正面进行失效分析；填充所述开口；在封装覆层的另一侧进行研磨直至暴露晶片背面；在暴露的晶片背面进行失效分析。

可选地，所述形成开口的步骤中，使用了强酸溶液。

可选地，所述强酸溶液包括高温硫酸或发烟硝酸。

可选地，所述开口为圆形、椭圆形或矩形。

可选地，所述开口的侧截面呈倒梯形。

可选地，所述填充所述开口的步骤中采用热硅胶对开口进行填充。

可选地，在填充所述开口之后还包括在所述封装覆层上覆上保护层。

可选地，所述保护层为有石英、有机玻璃、陶瓷或金属。

可选地，所述在封装覆层的另一侧进行研磨采用化学机械研磨的方法。

可选地，所述进行失效分析使用微光显微镜、光学显微镜或扫描式电子显微镜。

与现有技术相比，本发明采用先在晶片正面开口，后在晶片背面研磨的方法，实现在晶片的正背面分别进行一次失效分析，提高了失效分析的准确性，增强了失效分析的效果，改善了晶片的利用率。

附图说明

图1为本发明在半导体器件中进行失效分析的方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明在半导体器件中进行失效分析的方法的另一个实施例的流程示意图；

图3至图7为本发明在图2所示的实施例中半导体器件的变化示意图。

具体实施方式

本发明的发明人发现，利用传统的剥层技术暴露晶片进行失效分析时，由于剥层技术会破坏晶片本身或电性连接结构，对于单一晶片来讲只能进行一次失效分析，但进行一次失效分析(无论是在晶片正面还是晶片背面)在有些情况下并不能准确地找出失效的根源。

因此，为解决上述问题，如图1所示，根据本发明的一个实施例，提供在半导体器件中进行失效分析的方法，包括步骤：

S101，提供待测的半导体器件，所述半导体器件包括晶片和封装覆层；

S102，在封装覆层的一侧形成暴露晶片正面的开口；

S103，在暴露的晶片正面进行失效分析；

S104，填充所述开口；

S105，在封装覆层的另一侧进行研磨直至暴露晶片背面；

S106，在暴露的晶片背面进行失效分析。

由于在半导体器件中进行失效分析的方法具体还包括一些步骤，因此，如图2所示，根据本发明的另一个实施例，所述失效分析的方法包括步骤：

S201，提供待测的半导体器件，所述半导体器件包括晶片和封装覆层；

S202，在封装覆层的一侧形成暴露晶片正面的开口；

S203，在暴露的晶片正面进行失效分析；

S204，填充所述开口；

S205，在填充所述开口之后还包括在所述封装覆层上覆上保护层；

S206，在封装覆层的另一侧进行研磨直至暴露晶片背面；

S207，在暴露的晶片背面进行失效分析。

下面结合附图对上述图2中所示的失效分析的方法进行详细说明。

首先执行步骤S201，提供待测的半导体器件，形成如图3所示的结构。所述半导体器件包括晶片20和封装覆层21。在具体实施例中，晶片20是装配于基座22上，具有一定的执行功能。另外，晶片20上的接点可以通过引线23，例如为金线，与引线框架24的内引脚电性连接，用以将晶片20上的电路讯号传输至外界。封装覆层21用于包覆晶片20，为晶片20提供物理支撑、保护和散热等功能。在本实施例中，封装覆层21可以通过合模注胶的方式成型，即先在晶片的正面200和背面202上分别覆上覆层，再通过烘烤或高温等工艺将所述覆层定型，得以将晶片20予以包覆。一般，封装覆层21的材料可以是环氧树脂，但并不以此为限，在其他实施例中，封装覆层21的材料也可以是陶瓷。

接着执行步骤S202，在封装覆层21的一侧形成暴露晶片正面200的开口25，形成如图4所示的结构。

在本实施例中，开口25是通过腐蚀的方法形成的，具体来讲，就是将强酸溶液，例如高温硫酸或发烟硝酸，滴释于与晶片正面200的一侧相对应的封装覆层21上，通过强酸溶液与封装覆层21的反应，形成用于暴露晶片正面200的开口25。在实际腐蚀过程中，需严格控制强酸溶液的流量，例如通过逐步渐变式施加的，这样就可控制开口的口径或形状，并且使得开口25形成于晶片正面200的正上方，仅仅剥除了一部分的封装覆层21，例如环氧树脂，而未影响并损及晶片及其周边的组件，例如引线23或引线框架24。所述形成的开口25一般是小于晶片20的尺寸，其截面可以呈圆形、椭圆形、矩形或其他形状，并在封装覆层21中由表及里呈外宽内窄的结构，如图4所示。开口25的侧截面呈倒梯形。由于所述腐蚀工艺为本领域技术人员所熟知，故不在此赘述。通过步骤S202形成的开口25暴露出晶片正面200，为后续对晶片正面200进行失效分析创造了良好的观察环境。

接着执行步骤S203，在暴露的晶片正面200进行失效分析。由于通过步骤S202形成了暴露晶片正面200的开口25，就可以对晶片正面200进行失效分析。在本实施例中，失效分析是使用微光显微镜(Emission Microscope，EMMI)进行的。微光显微镜是一种效率极高的失效分析工具。微光显微镜具有高灵敏度的侦测能力，可侦测和定位非常微弱的发光(可见光及近红外光)，能侦测到的波长约在350nm至1100nm左右，由此捕捉各种组件缺陷或异常所产生的漏电流，对漏电流的侦测可达微安级别。因利用微光显微镜进行失效分析为本领域技术人员所熟知，故不在此赘述。另外，在其他实施例中，对晶片正面200进行的失效分析也可以采用例如光学显微镜(OpticalMicroscope，OM)或扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)等，应具有类似的检查效果。

通过步骤S203，利用微光显微镜进行失效分析后可将在晶片正面200所产生的失效情况，包括失效位置、失效类型或失效数量等，检查出。

接着执行步骤S204，填充所述开口25，形成如图5所示的结构。在具体实施例中，是采用填料26，例如热硅胶，填充于所述开口25中并直至将其填平。在填充过程中，同时伴有加热动作，促使所述填料软化并完全填塞开口25。因所述填充工艺为本领域技术人员所熟知，故不在此赘述。

接着执行步骤S205，所述封装覆层21上形成有开口25的一侧覆上保护层27，形成如图6所示的结构。在本实施例中，保护层27为由石英材料制成的玻璃面板，覆盖于封装覆层21和已填塞的开口25，用于起到保护作用。另外，保护层27覆盖于封装覆层21上时，可以与填充所述开口25的填料产生粘连。需说明的是，在其他实施例中，保护层27也可以是由有机玻璃、陶瓷或金属中的任一种材料来制造。且也可以预先在包括已填塞的开口25在内的封装覆层21表面预先覆上一层薄的粘结剂后，例如热硅胶或环氧树脂，再将保护层27覆盖上去，使得保护层27稳固地装配于半导体器件20上。

接着执行步骤S206，在封装覆层21的另一侧进行研磨直至暴露晶片背面202，形成如图7所示的结构。在本实施例中，这里所述的研磨可以采用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的方法，即在封装覆层21上与晶片正面200相对应的一侧喷涂研磨液，通过表面装配有抛光垫的旋转工作台的机械磨削，剥除部分封装覆层21直至暴露晶片背面202。所述研磨液可以由研磨颗粒以及能对被研磨的封装覆层21起化学反应的化学溶液组成。实际上，在研磨过程中，除了会将部分封装覆层21磨削掉之外，有些情况下，不可避免地还会将晶片20周边的其他各组件，例如基座22、引线框架24，部分或全部地磨削掉。

通过步骤S206的研磨暴露出晶片背面202，为后续对晶片背面202进行失效分析创造了良好的观察环境。

接着执行步骤S207，在暴露的晶片背面202进行失效分析。由于通过步骤S206的研磨暴露出晶片背面202，就可以对晶片背面202进行失效分析。在本实施例中，失效分析是使用光学显微镜(Optical Microscope，OM)进行的，可以用来观察晶片背面202，例如材料的金相结构和表面缺陷，检查出所产生的失效情况，包括失效位置、失效类型或失效数量等。因利用光学显微镜进行失效分析为本领域技术人员所熟知，故不在此赘述。另外，在其他实施例中，对晶片正面200进行的失效分析也可以采用例如微光显微镜(EMMI)或扫描式电子显微镜(SEM)等，应具有类似的检查效果。

综上所述，本发明所提供的失效分析的方法采用先在半导体器件中封装覆层的一侧形成暴露出晶片正面的开口，并通过开口对晶片正面进行失效分析的检查；接着再在所述封装覆层的另一侧进行研磨，暴露出晶片背面，对其进行失效分析，得以在一个晶片上实现正背面分别进行一次共二次的失效分析。相对对于一个半导体器件只能作一次失效分析的现有技术相比，不仅能提高失效分析的效果，可以更准确地检查出失效情况，同时也提高了晶片的利用率。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种在半导体器件中进行失效分析的方法，包括：

提供待测的半导体器件，所述半导体器件包括晶片和封装覆层；

在封装覆层的一侧形成暴露晶片正面的开口；

在暴露的晶片正面进行失效分析；

填充所述开口；

在封装覆层的另一侧进行研磨直至暴露晶片背面；

在暴露的晶片背面进行失效分析。

2.根据权利要求1所述的失效分析的方法，其特征在于，所述形成开口的步骤中，使用强酸溶液。

3.根据权利要求2所述的失效分析的方法，其特征在于，所述强酸溶液包括高温硫酸或发烟硝酸。

4.根据权利要求1所述的失效分析的方法，其特征在于，所述开口为圆形、椭圆形或矩形。

5.根据权利要求4所述的失效分析的方法，其特征在于，所述开口的侧截面呈倒梯形。

6.根据权利要求1所述的失效分析的方法，其特征在于，所述填充所述开口的步骤中采用热硅胶对开口进行填充。

7.根据权利要求1或6所述的失效分析的方法，其特征在于，在填充所述开口之后还包括在所述封装覆层上覆上保护层。

8.根据权利要求7所述的失效分析的方法，其特征在于，所述保护层采用的材料包括石英、有机玻璃、陶瓷或金属。

9.根据权利要求1所述的失效分析的方法，其特征在于，所述在封装覆层的另一侧进行研磨采用化学机械研磨的方法。

10.根据权利要求1所述的失效分析的方法，其特征在于，所述进行失效分析使用微光显微镜、光学显微镜或扫描式电子显微镜。