可见激光电路故障隔离的制作方法

本申请要求2016年9月16日提交的美国专利申请no.15/268,463的优先权，该美国专利申请以其整体通过引用并入本文。

本申请一般地涉及电路故障分析，并且更特别地涉及使用可见激光的电路故障分析。

背景技术：

用于电路分析的常规激光故障隔离技术(诸如激光电压探测lvp和动态激光激励dls)使用红外激光，因为硅对于红外波长是相对透明的。虽然红外激光光线可以因此穿透衬底以照射有源电路，但是常规激光故障技术的空间分辨率被红外光的相对长的波长所限制。常规技术的空间分辨率对于诸如14nm或更小的先进工艺节点因此已经变得过于粗糙。

为了向先进工艺节点提供足够的分辨率，已经提出了各种利用可见激光的激光故障隔离技术，这归因于可见光与红外照射相比相对短的波长。图1中示出了示例可见激光故障分析系统100。减薄的管芯115安装在载体120中，载体120进而由插座130保持。减薄的管芯115的有源表面面向载体120，使得可以制成电连接以驱动有源表面内的电路。减薄的管芯115的背面接触由背后的物镜105保持的固体浸没透镜(sil)110。硅对于可见光是非常有吸收性的，从而减薄的管芯115的背面必须被磨削，直到减薄的管芯115在厚度上近似为2微米。用于减薄的管芯115的所得到的硅衬底非常脆弱并且容易破裂，因为sil110必须与减薄的管芯115接触以用于恰当的成像。另外，减薄的硅衬底具有低的热质量，使得其在故障分析期间易于过热。利用可见光的常规故障分析因此被管芯脆性和过热问题所妨碍。

因此，本领域中存在对使用可见激光光源的改进的故障分析工具和技术的需求。

技术实现要素：

为了提供可见光故障分析的增大的分辨率，而同时解决常规故障分析的管芯脆性问题和过热问题，减薄的管芯的背面被覆盖有透明覆盖片。透明覆盖片可以是相对厚的，以便对来自固体浸没透镜的压力是稳健的。例如，透明覆盖片在厚度上可以近似为100微米。相比之下，管芯的背面被减薄，使得减薄的管芯在厚度上可以近似为1至3微米。这样的相对薄的管芯减少了来自减薄的管芯中的硅衬底的光吸收。但是，针对减薄的管芯的作为结果的脆性不会导致破损，这归因于来自固体浸没透镜的接触力跨减薄的管芯的整个背面而在透明覆盖片上的分布。

透明覆盖片和固体浸没透镜可以由相同的材料来构造，以防止固体浸没透镜与透明覆盖片之间的折射率上的任何差异造成的损耗。另外，透明覆盖片材料可以具有高折射率以帮助成像，并且还具有良好的导热性以传导来自减薄的管芯的热量。例如，固体浸没透镜和透明覆盖片两者都可以由以下来构造：磷化镓(gap)、磷化铝(alp)、磷化铟(inp)、金刚石、或者在可见波长内具有大于2.4的折射率并且具有大于5瓦/米-开尔文(w/m-k)的热导率的其他合适材料。

通过随后的详细描述可以更好地明白这些优点和另外的优点。

附图说明

图1图示了常规的可见光故障分析系统。

图2图示了根据本公开的一方面的包括透明覆盖片的可见光故障分析系统。

图3a图示了根据本公开的一方面的包括可见光激光器和透明覆盖片的激光电压探测系统。

图3b图示了根据本公开的一方面的包括可见光激光器和透明覆盖片的动态激光激励系统。

图4是根据本公开的一方面的可见光故障分析的示例方法的流程图。

本公开的实施例和它们的优点通过参考随后的详细描述最好地被理解。应当明白，相似的参考标号用于标识在附图中的一个或多个附图中图示的相似元件。

具体实施方式

集成电路的激光辅助故障分析的分辨率与激光光波长和物镜的数值孔径的比率成比例。为了增大分辨率，因此可以减小光波长(增大激光光线的频率)和/或增大物镜的数值孔径。固体浸没透镜有利地具有高数值孔径，并且因此通常使用在激光辅助故障分析中。但是，将光波长从红外机制增大到可见光频带已经被硅对可见光的不透明性所妨碍。为了限制这种不透明性，常规的是通过磨削管芯的背面来减小管芯的硅衬底的厚度。但是，所得到的减薄的管芯则遭受到断裂和过热。这些问题在本文中通过有利地使用介于固体浸没透镜与减薄的管芯的背面之间的透明覆盖片而被解决。与减薄的管芯不同，透明覆盖片可以是相对稳健的，因为它不会显著地吸收可见光。

例如，透明覆盖片在厚度上可以为数十微米至100微米或更大。固体浸没透镜然后可以接触透明覆盖片，而没有使透明覆盖片断裂的危险。因为透明覆盖片上的该接触力被分布在减薄的管芯的整个背面上，所以减薄的管芯上的所得到的接触力仅是压缩的。相比之下，如果像在使用可见光的常规故障分析中那样，固体浸没透镜替代地接触减薄的管芯的背面，则除了压缩力之外，减薄的管芯还遭受到拉伸应力。因为减薄的管芯相当脆弱，所以该拉伸力导致破裂和管芯失效。相比之下，本文中公开的透明覆盖片防止拉伸力的施加。即使减薄的管芯对拉伸力是相当脆弱的，但是其对于来自与透明覆盖片相接触的固体浸没透镜的压缩力是相对稳健的。

透明覆盖片的使用不仅解决了减薄的管芯的脆性问题，而且还用作减薄的管芯的热沉。减薄的硅管芯具有相对低的热质量，并且因此在故障分析期间当其有源电路利用电信号被驱动时易于过热。覆盖片具有显著更大的热质量，并且因此将热量传导离开减薄的管芯，从而也消除了过热问题。此外，冷板(未图示)可以设置成与透明覆盖片215的顶表面接触以去除大量的热量。

减薄的管芯的正面(有源表面)被承载在插座中以用于故障分析。减薄的管芯因此被插座和透明覆盖片夹在中间。在可见激光故障分析期间，可见激光光线从透镜投射并且穿过覆盖片，以与减薄的管芯的正面上的有源电路相互作用。来自减薄的管芯的反射激光光线和/或所得到的电信号然后由激光辅助故障分析工具的其余部分来分析。例如，故障分析工具可以是激光电压探测故障分析工具或动态激光激励故障分析工具。有利地，这些分析获得可见光分辨率的益处，但是减薄的管芯对于断裂和过热保持稳健。现在将更详细地讨论一些示例实施例。

图2中示出的激光辅助故障分析工具200包括透明覆盖片215，透明覆盖片215具有与减薄的管芯115的平面背面相接触的平面的第一表面。减薄的管芯115中的硅衬底被减小到近似2微米的厚度，以促进使用(诸如在蓝色频带中的)可见激光光线的分析。这种相对高的频带提供了有利的分辨率，但是遭受到减薄的管芯115中的硅衬底的相当大的吸收。如果激光光线穿过硅衬底行进大于近似5微米，则它将被吸收到这样的程度：可见激光光线故障分析中的反射激光光线将难以检测到。通过将减薄的管芯115中的硅衬底的背面磨削至近似2微米，穿过减薄的管芯115中的硅衬底的总光路(入射和反射)低于该近似5微米的传导路径极限。例如，硅衬底的背面上可以使用化学机械抛光工具以产生减薄的管芯115。

减薄的管芯115中的有源电路在其耦合到载体120的正面上。载体120具有端子(未图示)，这些端子通过焊接或铜凸块连接到减薄的管芯115上的对应端子(未图示)，诸如正面焊盘，从而适当的电激励可以被施加到减薄的管芯115中的有源电路。例如，在激光电压探测分析中，电激励使得减薄的管芯中的晶体管根据切换频率导通和关断。在激光电压探测期间，可见激光光线传输穿过背后的物镜205和透镜(诸如固体浸没透镜sil210)并且穿过透明覆盖片215，而传播到减薄的管芯115的背面中。减薄的管芯115中的被切换的晶体管中的响应于电激励的变化电场对反射激光光线进行调制，该反射激光光线离开减薄的管芯115的背面，传输穿过透明覆盖片215并且由sil210聚焦。如本文中将进一步解释的，rf检测器在激光电压探测分析中用于检测反射激光光线的调制。如果该调制不存在，则可以假定被照射的晶体管有故障，使得它没有像从集成电路的设计将被预期的那样响应于电激励而切换。

载体120包括接纳来自插座130的测试引脚(未图示)的多个母适配器。载体120包括多个通孔(未图示)，该多个通孔将来自插座130中的测试引脚的期望电激励耦合到减薄的管芯115中的适当端子。另外，插座130包括多个定位销，该多个定位销由载体120接纳，以帮助减薄的管芯115中的期望的有源电路的准确照射。

固体浸没透镜210接触透明覆盖片215的背面(第二表面)，透明覆盖片215可以由适合的材料来构造，诸如gap、alp、inp、或金刚石。固体浸没透镜210可以由用于形成透明覆盖片215的相同的适合材料来构造，使得两个元件共享相同的折射率。不失一般性，随后的讨论将针对固体浸没透镜210和透明覆盖片215两者由gap构造的实施例。透明覆盖片215是相对厚的，以便对来自与固体浸没透镜210的接触的拉伸应力是稳健的。例如，透明覆盖片215在厚度上可以是数十微米到100微米或更大。透明覆盖片215的该相对厚度具有降低固体浸没透镜210的构造成本的附加优点，因为与常规的故障分析工具100中的固体浸没透镜110相比，它现在可以将可见激光光线聚焦在相对更大的距离处。

透明覆盖片215不只是比减薄的管芯115厚，而且还可以更宽，使得它接触减薄的管芯115的整个背面。以这种方式，透明覆盖片215使减薄的管芯115仅受到在减薄的管芯115的整个背面表面上分散的压缩力，同时使减薄的管芯115实际上不受拉伸应力。减薄的管芯115因此对于压缩力是稳健的，并且在拉伸应力不存在的情况下不遭受破裂。为了帮助热量通过透明覆盖片215从减薄的管芯115传导离开，透明覆盖片215的外边缘可以通过导热接合部220接合到载体120。

在一个实施例中，透明覆盖片215可以被认为包括如下的部件，该部件介于固体浸没透镜210与减薄的管芯115的背面之间以用于将热量从有源电路传导离开。类似地，透明窗口215也可以被认为包括如下的部件，该部件介于固体浸没透镜210与减薄的管芯115的背面之间，以用于在使用固体浸没透镜210的故障分析期间防止减薄的管芯115上的拉伸应力。

故障分析工具200的其余部分取决于特定应用。例如，透明覆盖片215可以有利地在激光电压探测分析或动态激光激励分析中被采用。示例激光电压探测(lvp)故障分析工具300在图3a中示出。来自可见激光器305的可见激光光线，在sil210中被聚焦通过gap透明覆盖片(其也可以标示为gap窗口)215到减薄的管芯115的背面表面上之前，穿过激光扫描模块(lsm)315和偏振分束器(pbs)320。如在故障分析中常规的那样，减薄的管芯115也可以标示为被测器件(dut)115。在lvp系统300进行的分析期间，dut115从信号发生器335(诸如脉冲发生器)接收信号测试矢量。该信号测试向量如关于图2所讨论的被驱动通过载体130中的测试引脚，以激励dut115。将明白，在替代实施例中，可见激光器305可以由发光二极管(led)代替，诸如超辐射发光二极管(sled)。

基于来自dut115的反射激光光线，激光扫描模块315产生光学图像(x，y)，该光学图像(x，y)在多通道帧抓取器340中被采样。然而，将明白，可以实施代替帧抓取的其他信号检测方案。通过在所得到的光学图像中标识电路界标，可以向使用系统lvp300的技术人员确保dut115内的期望目标电路(例如，晶体管中的耗尽区)正被可见激光305照射。

响应于来自信号发生器335的激发，被照射的晶体管将具有变化的光学参数。这些变化的光学参数对来自dut115的反射激光光线进行调制，该反射激光光线由偏振分束器320接收并且被定向到rf检测器345。例如。如果信号发生器335产生dut115的11mhz激励，并且dut115正响应于该激励而正常操作，则来自rf检测器345的检测到的信号将具有11mhzrf分量。rf放大器350放大来自rf检测器345的rf信号，以驱动示波器355和/或频谱分析器360。检测到的信号的dc分量用于生成dut115的光学图像。将明白，在替代实施例中，频谱分析器360可以由替代分析器(诸如板外数据分析器)来代替。

如图3b中示出的，动态激光激励(dls)系统370也可以享受gap覆盖片215的益处。dls系统370包括如关于lvp系统300所讨论的激光扫描模块(lsm)315、pbs320、检测器345、sil210和dut115。然而，在dls系统370中，信号发生器335包括自动化测试设备(ate)测试器。ate测试器335利用输入信号矢量来驱动dut115，并且监测来自dut115的对应输出信号矢量以产生“通过/失败”信号375。给定对应的输入矢量，如果输出矢量的状态是适当的，则ate测试器335将“通过/失败”信号375生效为通过状态。相反地，如果来自dut115的输出矢量指示了失灵，则ate测试器335将“通过/失败”信号375重置为失败状态。

图像/数据处理模块380接收检测器345、lsm315和“通过/失败”信号375的输出。例如，图像/数据处理模块380可以包括如关于图3a中的lvp系统300所讨论的频谱分析器360和帧抓取器340。ate测试器335还利用触发信号来驱动lsm315，该触发信号使lsm315的操作同步。特别地，在ate测试器335进行的完整测试执行之后，lsm315可以将激光照射移位到后续像素。lsm315将触发信号中继到图像/数据处理模块380，以进一步同步dut115的成像。

与lvp系统300相对比，dls系统370检测软失效的存在，软失效在激光激励迫使有源电路将“通过/失败”信号375从通过状态改变为失败状态时产生。如果失效仅在某些电压范围、温度范围、或频率范围之下发生，则这些类型的失效被称为是“软”的。通常，这些失效朝向产品规范中定义的操作窗口或操作框的边缘或角落。这些失效也可能在某些功能条件下发生，例如对ic设置附加应力的操作类型，如微处理器中的图形密集型例程。dls分析正变得更加重要，因为现今的先进ic的越来越大的部分“软”失效。归因于工艺变化的问题导致了这些失效。缩小的特征尺寸导致更大的可变性，因为公差不能以与特征尺寸相同的速率被缩放。分辨率增强技术(ret)(如光学邻近校正、相移掩模、和双重(或三重)图案化)的使用导致光刻中的变化，这些变化在设计过程期间难以准确地建模。归因于表面密度效应和其他问题的化学机械平面化中的变化也对这个问题有贡献。由透明覆盖片215实现的来自可见激光器305的增强分辨率允许电路制造者标识这些软失效，以提高产品质量。

无论dut115是否被激光光线所激励，lvp工具300都检测存在的硬失效的存在。尽管有这些差异，但是用于lvp工具300和dls工具370的操作方法是类似的。例如，现在将关于图4来讨论用于故障分析工具200的操作方法。该方法包括动作400：在减薄的管芯的背面上放置透明覆盖片，使得透明覆盖片的第一表面接触背面。动作400的示例是技术人员在设置图2的故障分析工具200时，将透明覆盖片215放置在减薄的管芯215的背面上。另外，该方法包括动作405：在透明覆盖片的第一表面接触减薄的管芯的背面时，使透明覆盖片的第二表面与透镜接触。动作405的示例将是在设置图2的故障分析工具200时，调节背后的物镜205，使得sil210接触透明覆盖片215的上表面。

最后，该方法包括动作410：在透镜接触透明覆盖片的第二表面时，使可见激光光线传输穿过透镜并且穿过透明覆盖片，以进行减薄的管芯的正面上的有源电路的故障分析。动作410的示例是如关于图3a所讨论的，通过sil210和透明覆盖片215进行激光电压探测故障分析，或者如关于图3b所讨论的，相同的组件在动态激光激励故障分析中的使用。

本领域的技术人员到现在将明白并且取决于手边的特定应用，对本公开的设备的材料、装置、配置和使用方法或在其中，可以进行许多修改、替换和变化，而不偏离其范围。鉴于此，本公开的范围不应当限于本文中说明和描述的特定实施例的范围，因为它们仅是通过其一些示例的方式的，而是确切地说，本公开的范围应当与后文所附的权利要求和它们的功能等同物的范围完全相称。