专利名称：半导体器件的失效分析方法
技术领域：
本发明涉及半导体测试技术领域，尤其涉及一种半导体器件的失效分析方法。
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，设计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。然而，对于半导体器件表面覆盖大块铝的失效分析(如DMOQ、还有有些半导体器件表面被BANG线及锡球覆盖的情形下进行失效分析时，失效分析(Failure Analysis, FA)实验室分析起来非常的困难。原因主要是现有的微光显微镜(Emission Microscope, EMMI)不能对此类样品缺陷定位分析，因为光子不能透过铝。如果采用发烟硝酸方法对半导体器件开封后，容易造成参数漂掉，因为半导体器件背面的金属材料铜(Cu)厚度很大，直接抛光很难做到铜层的去除。因此，现有技术中通常有两种做法—、对于非塑料封装形式的半导体器件，其背面封装铜(Cu)材料很薄，可以利用全自动样品制备(Automated Sample Prep, ASAP)设备用环氧树脂专用钻头直接从半导体器件的背面抛去环氧树脂，然后换上磨Cu专用钻头，抛至Si (硅)层，然后再对该硅层减薄。然而，该技术方案不适用于背面金属材料的塑料封装形式的半导体器件的背面抛光，因为该种半导体器件的背面Cu层很厚，直接用钻头抛光很难成功，而且钻头损耗比较严重，抛光的时间也很长。二、针对背面金属材料的塑料封装形式的半导体器件，可以利用发烟硝酸对其封装开封，将管芯邦定(bonding)在PCCB板上，用黑胶封住半导体器件的正面，然后按照解决方案一中的步骤逐步研磨Cu层及硅层减薄。然而该解决方案存在如下不足1)对高压产品，如600V DM0S，芯片与酸液接触时间长，直接煮开容易造成半导体器件参数漂掉，无法对半导体器件进行进一步分析，从而使该解决方案失效；2)即使低压产品采用该解决方案，其邦定(bonding)及封装过程中，需要用到PCCB板、邦定机及黑胶等，成本高，而且花费时间长，效率低下。因此，有必要对该技术问题加以解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体器件的失效分析方法，其实现简单，效率高。为实现上述目的，本发明是关于一种半导体器件的失效分析方法，其包括步骤SlOl 去除半导体器件背面的铜层；S103 对半导体器件背面的硅层进行减薄；及S105 使用微光显微镜(Emission Microscope,EMMI)和/或镭射光束诱发阻抗值变化测试(OBIRCH)电性定位设备定位半导体器件背面的失效点。作为本发明的进一步改进，所述步骤SlOl中使用70%的硝酸溶液浸泡半导体器件的背面以去除铜层。作为本发明的进一步改进，所述步骤SlOl中铜层去除后的半导体器件背面形成U
形窗口。作为本发明的进一步改进，所述步骤S103中采用全自动样品制备(Automated Sample Prep)设备对硅层进行减薄。作为本发明的进一步改进，所述步骤SlOl中去除铜层后的半导体器件背面形成U 形窗口，其中全自动样品制备设备在该窗口中对硅层进行研磨减薄。作为本发明的进一步改进，所述步骤S103中采用三种不同的钻头对硅层进行研磨减薄。作为本发明的进一步改进所述OBIRCH电性定位设备具有drain端探针、gate端探针及source端探针，半导体器件包括具有正面及所述背面的主体部及管脚，其中drain端探针直接接触主体部的背面，gate端探针及source端探针连接半导体器件的管脚。作为本发明的进一步改进，所述半导体器件的背面依次具有铜层、硅层及芯片叠层，其中所述drain端探针接触芯片叠层。本发明的有益效果是通过对半导体器件的背面进行除铜、硅层减薄及失效点定位，节约了时间，提高了效率及成功率。
图1是本发明半导体器件的失效分析方法中将半导体器件浸入70%硝酸液中移除铜层的示意图；图2是本发明半导体器件移除铜层后的示意图；图3是本发明半导体器件的失效分析方法中使用全自动样品制备(ASAP)设备对半导体器件的硅层进行减薄的示意图；图4是对本发明半导体器件的硅层成功减薄后的示意图；图5是本发明半导体器件采用电性定位设备(镭射光束诱发阻抗值变化测试， OBIRCH)定位出失效点的示意图；图6是本发明半导体器件失效点的放大视图。
具体实施例方式请参阅图1及图2，本发明半导体器件100具有主体部101及自主体部101 —侧延伸形成的三个管脚106。所述主体部101具有正面(未标号)及相对的背面102。背面 102依次具有铜层、硅层104及芯片叠层108。本发明半导体器件100的失效分析方法包括以下步骤SlOl 去除半导体器件100背面102的铜层。本发明采用70%的硝酸液200，将半导体器件100主体部101背面102的铜层腐蚀掉。为了避免管脚106受到硝酸液200的腐蚀，需要将三个管脚106保护好。为减少成本，该步骤中采用控制硝酸液200液面高度的办法来保护测试管脚106不被腐蚀。本发明是利用硝酸液200与铜层反应较快，与塑封材料(环氧树脂)不反应的原理来实现的。其反应式为Cu+4HN030-- > Cu20图2即显示了成功去除该铜层后的半导体器件100的示意图，去除铜层后的主体部101开设有U形窗口 103。S103 对半导体器件100背面102的硅层104进行减薄。本发明采用全自动样品制备(Automated Sample ft·印，ASAP)设备300对硅层104 进行减薄。ASAP设备300可以选择区域进行研磨，如此可以利用该设备在已经开出窗口 103 的半导体器件100的背面102的硅层104上进行研磨。本发明的ASAP设备300采用三种不同的钻头来对硅层进行减薄，依次使用后就形成图4所示的减薄硅层104后的半导体器件100的照片。S105 用微光显微镜(Emission Microscope, EMMI)及镭射光束诱发阻抗值变化测试(OBIRCH)电性定位设备定位半导体器件100背面102的失效点。本发明利用电性定位设备OBIRCH 400来定位出失效点109的。该电性定位设备 400具有直接扎在半导体器件100背面102的芯片叠层108来连接的Drain端探针及直接扎管脚106来连接的gate端探针及source端探针。图5中显示了利用该电性定位设备 400后定位出失效点109，图6为该失效点109部分的放大视图。图中可以看出，背面分析的方法能够精确定位出失效点，而且所加的电压和电流较小，不会造成人为的烧伤，对失效器件的原因查找大有帮助。特别需要指出的是，本发明具体实施方式
中仅以该半导体器件的失效分析方法作为示例，在实际应用中任何类型的半导体器件的失效分析方法均适用本发明揭示的原理。 对于本领域的普通技术人员来说，在本发明的教导下所作的针对本发明的等效变化，仍应包含在本发明权利要求所主张的范围中。
权利要求
1.一种半导体器件的失效分析方法，其特征在于其包括步骤SlOl 去除半导体器件背面的铜层；S103 对半导体器件背面的硅层进行减薄；及S105 使用微光显微镜(Emission Microscope, EMMI)和/或镭射光束诱发阻抗值变化测试(OBIRCH)电性定位设备定位半导体器件背面的失效点。
2.如权利要求1所述的半导体器件的失效分析方法，其特征在于，所述步骤SlOl中使用70%的硝酸溶液浸泡半导体器件的背面以去除铜层。
3.如权利要求2所述的半导体器件的失效分析方法，其特征在于，所述步骤SlOl中铜层去除后的半导体器件背面形成U形窗口。
4.如权利要求1所述的半导体器件的失效分析方法，其特征在于，所述步骤S103中采用全自动样品制备(Automated Sample Prep)设备对硅层进行减薄。
5.如权利要求4所述的半导体器件的失效分析方法，其特征在于，所述步骤SlOl中去除铜层后的半导体器件背面形成U形窗口，其中全自动样品制备设备在该窗口中对硅层进行研磨减薄。
6.如权利要求4所述的半导体器件的失效分析方法，其特征在于，所述步骤S103中采用三种不同的钻头对硅层进行研磨减薄。
7.如权利要求1所述的半导体器件的失效分析方法，其特征在于，所述OBIRCH电性定位设备具有drain端探针、gate端探针及source端探针，半导体器件包括具有正面及所述背面的主体部及管脚，其中drain端探针直接接触主体部的背面，gate端探针及source端探针连接半导体器件的管脚。
8.如权利要求7所述的半导体器件的失效分析方法，其特征在于，所述半导体器件的背面依次具有铜层、硅层及芯片叠层，其中所述drain端探针接触芯片叠层。
全文摘要
本发明关于一种半导体器件的失效分析方法，其包括步骤去除半导体器件背面的铜层；对半导体器件背面的硅层进行减薄；及使用微光显微镜(Emission Microscope，EMMI)和/或镭射光束诱发阻抗值变化测试(OBIRCH)电性定位设备定位半导体器件背面的失效点。本发明半导体器件的失效分析方法通过通过对半导体器件的背面进行除铜、硅层减薄及失效点定位，节约了时间，提高了效率及成功率。
文档编号G01R31/308GK102565680SQ201010605339
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者董红, 韦俊 申请人:无锡华润上华半导体有限公司