CN106356312A - 对封装芯片进行测试及失效分析的方法 - Google Patents

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李品欢
仝金雨
李桂花
李辉
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    • H01L22/30—Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
    • H01L22/34—Circuits for electrically characterising or monitoring manufacturing processes, e. g. whole test die, wafers filled with test structures, on-board-devices incorporated on each die, process control monitors or pad structures thereof, devices in scribe line

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Abstract

本发明提供了一种对封装芯片进行测试及失效分析的方法，对封装芯片靠近金球的一面进行第一次研磨，至暴露出所述金球，从而可以采用探测板通过金球对所述封装芯片进行探针测试；对封装芯片靠近硅衬底的一面进行第二次研磨，至暴露出所述硅衬底，从而可以采用红外定位的方法确定封装芯片的失效点，避免了现有技术中高温和化学腐蚀对封装芯片的影响或破坏，提高对封装芯片进行失效分析的准确性及效率。

Description

对封装芯片进行测试及失效分析的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种对封装芯片进行测试及失效分析的方法。
背景技术
集成电路在研制、生产和使用过程中失效不可避免，随着人们对产品质量和可靠性要求的不断提高，失效分析工作也显得越来越重要，通过芯片失效分析，可以帮助集成电路设计人员找到设计上的缺陷、工艺参数的不匹配或设计与操作中的不当等问题。
传统的封装芯片的测试方法主要包括几个步骤：使用加热的发烟硝酸把封装芯片周围的塑胶去除掉；把封装芯片粘在玻璃片上用探针卡进行测试。
但是，加热的发烟硝酸温度至少在150度以上，对温度敏感的样品(如Isb异常的封装芯片)在这个温度下会恢复正常，以致后续的抓点定位无法进行下去。同时，加热的发烟硝酸在去除封装外壳的同时还会腐蚀铝垫(pad Al)及下层的铜导线(硝酸腐蚀铝和铜)，导致探针卡上的探针与封装芯片接触电阻太高。
另外，针对封装本身的问题，采用加热的发烟硝酸的方法也不适用。
因此，亟需提供一种对封装芯片进行测试及失效分析的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对封装芯片进行测试及失效分析的方法，避免高温和化学腐蚀对封装芯片的影响或破坏，实现封装芯片的探针测试。
为实现上述目的，本发明提供一种对封装芯片进行测试及失效分析的方法，包括：
对所述封装芯片靠近金球的一面进行第一次研磨，至暴露出所述金球；
对所述封装芯片靠近硅衬底的一面进行第二次研磨，至暴露出所述硅衬底；
通过所述金球及硅衬底对所述封装芯片进行测试及失效分析。
可选的，所述第一次研磨与第二次研磨均为化学机械研磨。
可选的，暴露出的金球的表面直径不小于所述金球直径的四分之三。
可选的，暴露出的金球的表面的直径大于40um。
可选的，进行所述第一次研磨之后，所述封装芯片表面的高低差在10um之内。
可选的，进行第二次研磨之后，还包括：对所述硅衬底进行打磨。
可选的，所述测试包括探针测试及红外定位。
可选的，所述探针测试包括：将探针卡上的探针与暴露出的金球相接触，对所述封装芯片进行电学测量。
可选的，所述红外定位包括：将封装芯片通电，采用红外热像仪在所述硅衬底上通入红外线确定封装芯片的失效点。
可选的，确定存在异常的封装芯片的失效点之后，还包括确定一无异常的封装芯片的失效点。
可选的，将无异常的封装芯片与存在异常的封装芯片的失效点进行比较，排除重合的失效点，对存在异常的封装芯片上的其余失效点进行失效分析。
与现有技术相比，本发明提供的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，对封装芯片靠近金球的一面进行第一次研磨，至暴露出所述金球，从而可以采用探测板通过金球对所述封装芯片进行探针测试；对封装芯片靠近硅衬底的一面进行第二次研磨，至暴露出所述硅衬底，从而可以采用红外定位的方法确定封装芯片的失效点，避免了现有技术中高温和化学腐蚀对封装芯片的影响或破坏，提高对封装芯片进行失效分析的准确性及效率。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的对封装芯片进行测试及失效分析的方法的流程图。
图2～3为本发明一实施例所提供的对封装芯片进行测试及失效分析的各步骤结构示意图。
图4为本发明一实施例所提供的无异常的封装芯片的失效点的示意图。
图5为本发明一实施例所提供的存在异常的封装芯片的失效点的示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。
本发明的核心思想是：对封装芯片靠近金球的一面进行第一次研磨，至暴露出所述金球，从而可以采用探测板通过金球对所述封装芯片进行探针测试；对封装芯片靠近硅衬底的一面进行第二次研磨，至暴露出所述硅衬底，从而可以采用红外定位的方法确定封装芯片的失效点，避免了现有技术中高温和化学腐蚀对封装芯片的影响或破坏，提高对封装芯片进行失效分析的准确性及效率。
请参考图1，其为本发明一实施例所提供的对封装芯片进行测试及失效分析的方法的流程图。如图1所示，本发明提出一种对封装芯片进行测试及失效分析的方法，包括以下步骤：
对所述封装芯片靠近金球的一面进行第一次研磨，至暴露出所述金球；
对所述封装芯片靠近硅衬底的一面进行第二次研磨，至暴露出所述硅衬底；
通过所述金球及硅衬底对所述封装芯片进行测试及失效分析。
图2～3为本发明一实施例中对封装芯片进行失效分析的各步骤结构示意图，请参考图1所示，并结合图2～图3，详细说明本发明提出的对封装芯片进行测试及失效分析的方法：
首先，对所述封装芯片10靠近金球的一面进行第一次研磨，至暴露出所述金球20，如图2所示。
本实施例中，所述第一次研磨为化学机械研磨，采用化学机械研磨的方法去除所述封装芯片10靠近金球一面的封装材料，例如塑胶，至暴露出所述金球20。暴露出的金球20的表面直径不小于所述金球20直径的四分之三，优选的，暴露出的金球的表面直径大于40um，例如42um、45um、50um。进行第一次化学机械研磨之后，所述封装芯片10表面的高低差保持在10um之内，以保证后续采用探针测试时探针能够同时接触到每个金球。
其次，对所述封装芯片10靠近硅衬底的一面进行第二次研磨，至暴露出所述硅衬底30，如图3所示。
所述封装芯片10靠近硅衬底30的一面与靠近金球20的一面为相对的两个表面。所述第二次研磨也为化学机械研磨，采用化学机械研磨的方法研磨掉所述封装芯片10靠近硅衬底30的一面的封装材料，例如塑胶，至暴露出所述硅衬底30。然后，对所述硅衬底30进行打磨，保证所述硅衬底30表面的光滑度，从而避免影响后续确定失效点时的成像质量。
本发明采用两次化学机械研磨的方法，去除所述封装芯片10上下表面的封装材料，暴露出上表面的金球20以及下表面的硅衬底30，无需采用高温和化学腐蚀的方法，避免对封装芯片造成影响或破坏，保持了芯片功能的完整性，从而提高后续失效分析的准确性及效率。
最后，通过所述金球及硅衬底对所述封装芯片进行测试及失效分析，所述测试包括探针测试及红外定位。
所述探针测试包括：将探针卡上的探针与暴露出的金球相接触，对所述封装芯片进行电学测量，获取封装芯片内部的电信号，以此判断所述封装芯片是否存在异常。
所述红外定位包括：将失效的封装芯片通电，采用红外热像仪在所述硅衬底上通入红外线确定封装芯片的失效点。具体的，将失效的封装芯片通电，在失效点附近会有大的漏电流通过，这部分芯片的温度会升高，利用红外热像仪能够找到失效点，从而可以进一步针对失效点进行分析。
确定存在异常的封装芯片的失效点之后，还包括采用上述方法确定一无异常的封装芯片的失效点。将无异常的封装芯片与存在异常的封装芯片的失效点进行比较，排除重合的失效点，对存在异常的封装芯片上的其余失效点进行失效分析，请参考图4与图5所示。图4为本发明一实施例所提供的无异常的封装芯片的失效点的示意图，图5为本发明一实施例所提供的存在异常的封装芯片的失效点的示意图。在图4中，无异常的封装芯片的失效点在位置1，在图5中，存在异常的封装芯片的失效点在位置1、位置2、位置3与位置4，则排除位置1的无效点，对存在异常的封装芯片上位置2、位置3与位置4上的失效点进行分析。可以理解的是，也不排除无异常的封装芯片不存在失效点的情况，此时对存在异常的封装芯片上的所有失效点进行分析。
需要说明的是，本实施例中对所述封装芯片进行测试及失效分析仅涉及了探针测试及红外定位，通过探针测试获取封装芯片内部的电信号，采用红外定位的方法确定失效点的位置，但是失效分析并局限于该方法，例如也可以采用液晶探测的方法确定失效点，将失效的封装芯片通电，在失效点附近会有大的漏电流通过，这部分芯片的温度会升高，在芯片表面涂液晶用偏振镜观察，则可以找到失效点，从而可以进一步针对失效点进行分析。当然，对于在封装芯片上明显的失效点，例如大的痕迹(Sutrge mark)、微小的裂纹(Microcrack)、氧化层脱落等，可以直接定位，对于目视或显微镜下无法观察到的失效点，可以加电后借助红外热像仪或液晶测试找到失效点。
确定失效点之后，可以对失效点进行电子放大扫描(SEM)和能谱分析(EDX)，以找到失效点的形貌和化学元素组成，作为判定失效原因的依据。还可以进行镭射切割，以微激光束切断线路或芯片上层特定区域，进行EMMI侦测(微光显微镜)、OBIRCH应用(镭射光束诱发阻抗值变化测试)等方法对芯片进行失效分析。
本发明通过对封装芯片的两个表面进行化学机械研磨，去除封装芯片表面的封装材料，暴露出金球以及硅衬底，然后对封装芯片进行测试及失效分析，代替现有技术中的加热的发烟硝酸去除封装材料，可以避免高温和化学腐蚀对样品的影响或破坏，从而能够采用探针测试的方法进行测试，可以有效的对有些封装问题的样品进行失效分析，例如对温度比较敏感的封装样品。
综上所述，本发明提供的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，对封装芯片靠近金球的一面进行第一次研磨，至暴露出所述金球，从而可以采用探测板通过金球对所述封装芯片进行探针测试；对封装芯片靠近硅衬底的一面进行第二次研磨，至暴露出所述硅衬底，从而可以采用红外定位的方法确定封装芯片的失效点，避免了现有技术中高温和化学腐蚀对封装芯片的影响或破坏，提高对封装芯片进行失效分析的准确性及效率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，包括：
对所述封装芯片靠近金球的一面进行第一次研磨，至暴露出所述金球；
对所述封装芯片靠近硅衬底的一面进行第二次研磨，至暴露出所述硅衬底；
通过所述金球及硅衬底对所述封装芯片进行测试及失效分析。
2.如权利要求1所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，所述第一次研磨与第二次研磨均为化学机械研磨。
3.如权利要求1所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，暴露出的金球的表面直径不小于所述金球直径的四分之三。
4.如权利要求3所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，暴露出的金球的表面直径大于40um。
5.如权利要求1所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，进行所述第一次研磨之后，所述封装芯片表面的高低差在10um之内。
6.如权利要求1所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，进行第二次研磨之后，还包括：对所述硅衬底进行打磨。
7.如权利要求1～6任一项所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，所述测试包括探针测试及红外定位。
8.如权利要求7任一项所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，所述探针测试包括：将探针卡上的探针与暴露出的金球相接触，对所述封装芯片进行电学测量。
9.如权利要求8所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，所述红外定位包括：将封装芯片通电，采用红外热像仪在所述硅衬底上通入红外线确定封装芯片的失效点。
10.如权利要求9所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，确定存在异常的封装芯片的失效点之后，还包括确定一无异常的封装芯片的失效点。
11.如权利要求10所述的对封装芯片进行测试及失效分析的方法，其特征在于，将无异常的封装芯片与存在异常的封装芯片的失效点进行比较，排除重合的失效点，对存在异常的封装芯片上的其余失效点进行失效分析。
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