用于电气故障定位的原位包封的解封装结构的制作方法

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本申请要求于2015年10月22日提交的美国临时申请序号no.62/245,042的优先权。

本发明属于ic诊断领域。更具体地，本发明是关于通过实施原位解封装而改善用于定位的时间。

背景技术：

如果需要对包封的集成电路(ic)进行分析，则大多数的电气故障定位技术、诸如微光显微镜(通常称作emmi)、激光扫描显微镜、obirch或tiva需要移除表面材料。一个例外是锁相热成像术(lock-inthermography)，其允许检测包封ic表面处表示电气缺陷位置的x、y、z起始点的热斑。然而，同样利用锁相热成像技术，一些时候接近包封表面的厚材料倾向使得热信号散发并且因而影响以高空间分辨率定位的能力。

执行半导体包封部的激光解封装的独立系统已经可得到并且在业内众所周知。存在可得到的商用模型，诸如来自controllasercorp.公司的falit或来自nisenetechnologygroup,inc.公司的jetetchpro。这些系统能够移除大量的包封材料但是在专用的腔室中作为单用途系统。

对于传统的电气故障分析或故障隔离系统而言，激光标记能力也已作为集成的选项可用。这样的选项用于通过在半导体包封部的表面上蚀刻单个点激光标记的图案而在该表面上留出一组物理标记。hamamatsuphotonics公司在它们的phemos-1000电气故障分析系统上提供了这种选项，dcgsystems,inc.公司在其elite锁相热成像系统上也提供了这种选项。

存在可用于移除半导体包封材料的其它技术，诸如聚焦离子束(fib)、等离子体fib、化学蚀刻或机械抛光。然而，所有这些技术需要真空环境或是严格受控的环境腔以用于处理正被移除的材料。

技术实现要素：

本发明的以下概述被包括以便提供本发明的一些方面和特征的基本理解。该概述并非是本发明的广泛综述并且如此其并非意在特别是识别本发明的关键或重要元件或是描绘本发明的范围。其仅有的目的是以简单的形式将本发明的一些构思展现为对于以下所展现的更详细说明的前序。

各种公开的实施例使得能够实现包封ic的原位解封装以便能够进一步地将缺陷定位。

所公开的实施例还提供了一种系统，其用于包封ic的原位解封装以便能够进一步地将缺陷定位。

ir相机用于将ic成像以识别热斑。ir相机的物镜被移除并且激光光学件插入所述系统的光学轴线中。激光然后用于在光学轴线周围的限定区域中烧蚀封装部。在一些实施例中，ir相机信号的相位用于估算ic内缺陷的深度。烧蚀速率被优先确定并且与估算的深度一起用于确定时控的烧蚀阶段。在一些实施例中，ir相机然后能用于获得另一成像，在该成像中关于噪声比的信号将由于移除的封装部而被改善，并且然后使用相位信息以提供改善的深度估算以及可选地执行进一步时控的烧蚀。

如本文中所公开的，集成系统包括ir相机和烧蚀性激光，所述激光具有被调谐以将封装材料烧蚀的波长。既用于ir相机又用于烧蚀性激光的物镜光学件安装在单个回转头上，以使得该回转头的旋转能将任一物镜光学件放置在试样上同一点的上方。控制器操作系统以获得试样的ir成像以定位试样内的缺陷，包括缺陷深度估算。所述深度估算用于确定所需的烧蚀量。在一个示例中，深度估算被转换至激光的烧蚀时间。在其它实施例中，也可包括可视光相机和光学件，以便获得试样的可视化成像。

所公开的实施例包括一种用于测试和解封装ic的系统，其包括：用于支承ic的试样台；热成像相机，其配置成检测由ic中潜在缺陷所引起的热斑的位置；400nm至900nm的波长的激光源；第一光学结构，其配置成使得热成像相机能够将ic成像，所述热成像表示ic中热斑的位置；第二光学结构，其配置成将来自激光源的激光束聚焦到ic上；以及扫描器，其配置成对试样台供能以便将激光源遍布被选择的ic区域地扫描。所述激光源可为脉冲式激光源。可设置光学回转头，第一光学结构和第二光学结构贴附在所述光学回转头上。控制器接收来自ir相机的热成像并且输出针对缺陷的深度估算。控制器对深度估算操作以产生用于激光烧蚀的操作时间并且根据所述操作时间对激光操作。附加地，护罩被设置并流体地连接至泵，并配置成泵送喷溅的封装材料。喷嘴可配置成将气体射流喷射到ic上以将封装材料从解封装孔喷出。

所述系统可进一步包括光学台，并且所述第一光学结构和第二光学结构耦接至所述光学台；所述光学台可包括z形台。所述系统可进一步包括可视光物镜和可视光相机以将解封装部成像。选择光学元件可用于将收集的光偏转至热成像相机或可视光相机。选择光学元件可包括反射镜。

所公开的实施例还提供了一种用于识别ic中缺陷的方法，所述方法包括：向所述ic施加测试信号；使用第一组光学件收集来自ic的ir辐射；使用ir相机以将所述ir辐射成像并且产生ic的热成像；使用所述热成像以描绘ic待被解封装的区域；以及使用第二组光学件以将激光束聚焦到所描绘的区域上并且仅从描绘的区域移除封装材料。所述方法可进一步包括在移除所述封装材料后使用可视光物镜以对所描绘的区域成像。所述测试信号可包括电测试信号或热测试信号。所述方法可包括遍布所描绘区域地将激光束光栅化。所述方法可进一步包括在完成移除封装材料后产生ic的第二热成像。移除封装材料可根据预设的时间长度执行。在一些实施例中，所述预设的时间长度通过以下步骤计算：对ir相机提供同步信号以将ir信号与测试信号关联；使用所述ir信号以获得ir信号的相位数据；使用所述相位数据以估算ic内缺陷的深度，使用深度估算以计算所述时间长度。

附图说明

被结合进该说明书中并构成说明书一部分的所附附图示出了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释和图示本发明的原理。附图意在以示意性方式图示示例性实施例的主要特征。附图并非意在绘示实际实施例的每个特征也并非意在所绘示元件的相对尺寸，并且并非按比例绘制。

图1a图示了处于定位模式的用于原位解封装操作的系统的实施例，而图1b图示了处于解封装模式的用于原位解封装操作的系统的实施例；

图1c图示了用于原位解封装并且包括可视光显微镜的系统的实施例。

具体实施方式

本发明的实施例使用基于激光的解封装或材料延缓技术，被集成到诸如emmi、obirch、磁成像或锁相热成像系统的电气故障定位系统中。由于热成像技术允许通过几乎任何包封材料快速地确定热斑，所以用户能在包封部的表面上限定小区域以解封装，并且然后集中在随后的分析上。而且，锁相热成像术用于估算试样内缺陷的深度。原位激光解封装能力然后可从限制的区域移除特定预设量的包封材料，该区域通常是小于几百个平方微米并且具有足以移除高达80％或90％的表面材料或者甚至移除100％表面材料的深度。待移除的量可使用ir成像的相位估算，并且将深度估算转换成激光操作时间。通过多位置的光学镜头回转头将激光解封装能力集成在系统上，从而用户能在用于其它电气故障隔离技术以及激光解封装能力的光学镜头之间移动而不移动试样，从而总是集中在所感兴趣的区域。

在已移除特定量的表面包封材料后，用户可或是重新运行另一锁相热成像分析，该锁相热成像分析将具有对噪声比更好的信号并且提供更高的热斑空间分辨率是由于更小的包封材料将防止热量在到达包封表面之前散发；或是采用另一分析技术，诸如obirch、emmi或磁成像，该分析技术否则不会在不移除表面包封材料或是定位能力会严重受限的情况下工作。

包封部被移除的表面通常不具有能用于对待变薄或移除的准确位置进行参照的图案。因此，移除包封材料的当前方法学是遍布封装部整个表面地执行该移除。该过程不仅相比于所需能占用更长时间而且还冒着损伤试样的风险，是由于在解封装之前可能不会充分地已知诸如在包封部以内引线接合的芯片布局。

本发明的实施例提供如下能力，即紧接在已定位缺陷位置之后不从光学视角中心移除或甚至移动试样地对包封材料表面的极其受限的区域解封装。因此，在一些实施例中，消除了对待解封装区域进行标记的要求。而是，光学轴线被假设为指明待解封装区域的中心，并且光学轴线周围的限定半径或区域被限定为待解封装的区域。

待移除的材料可为诸如铝或铜的金属板，或者为诸如模制复合物的其它包封材料，或硅材料。开口的区域可从小于10平方微米变化至1平方毫米，深度范围在几个微米至超过500微米之间。深度控制的终点可通过在预设蚀刻时间段内已知的蚀刻速率而精确地设定。例如，检索表可预先产生，其对每种材料提供激光的蚀刻或烧蚀速率。然后，通过使用缺陷的深度估算，所述检索表可用于确定对激光进行操作的时间量。

所公开实施例的优点包括防止损伤ic以内的部件以及显著地减少了总体时间以获得最精确和高分辨率的缺陷定位。取决于条件，节约的时间可为每个试样几个小时至超过半天。附加地，由于仅仅部分的封装部被移除，因此封装部的热传导功能并不降低，从而ic可被供能以用于测试。而且，使用锁相热成像深度估算可精确地计算解封装的终点。

所述激光源可为单次射击、连续的(1hz)或猝发(例如以5hz的频率10秒)激光器。使用例如50倍物镜切割尺寸可高达50微米乘50微米。如果更大的区域需要被解封装，则能通过或是移动试样台或是使激光束偏转或是通过以上二者来使用光栅化过程。移除的深度可取决于材料的类型、激光源的功率设定、重现率、纵横比(例如3:1的孔径对深度，例如50微米直径可针对15至20微米的深度)等等。

根据所公开的实施例，设置器件以避免对试样、镜头和操纵器的污染。设置真空排放系统以移除被解封装的材料。在其它实施例中，提供气体射流以协助移除来自解封装区域内的材料。

图1a和图1b图示了集成系统的实施例。图1a图示了处于定位模式的用于原位解封装操作的系统的实施例，而图1b图示了该系统以解封装模式操作。所述系统在控制器101、例如合适编程的pc的控制下操作。在图1a和图1b中，试样ic100定位在试样台105上。光学台110包括z形台以有助于将各个物镜聚焦到ic100上。在图1a所示的操作模式中，测试信号115可被施加至ic。响应于所述测试信号115，ic100以内的故障电路元件将发热。热量将散布至ic100的封装部的表面。在该时间期间，使用ir相机120通过物镜124或126其中之一对ic成像。来自相机120的成像可用于确定缺陷的近似空间位置。在一些实施例中，提供同步信号以时间上将ir成像与测试信号相关联，藉此执行锁相热成像术并且使得能够估算缺陷的深度。

尽管在图1a的实施例中施加电测试信号，但是在其它实施例中可施加不同的测试信号。例如，所述测试信号可为施加至试样的热信号，并且ir成像象征通过试样的热信号的传播。在其它实施例中，照明束、例如激光束可用于激发试样上的特定位置并且ir成像可用于研究通过试样的该激发、例如热激发的传播。在任一情况下，加热的时机可时间上与ir成像相关联以获得缺陷深度估算。

物镜124和126连同激光光学件128一起附接至镜头回转头125。回转头125是可旋转的以将不同的物镜沿系统的光学轴线129放置。当热斑已在ir成像中被识别时，试样台105可被启动以将热斑的中心放置成与光学轴线129对齐。测试信号115可被停止，并且所述系统可采取通过图1b所例示的解封装的操作模式。具体地，回转头被转动以便将激光光学件128放置在光学轴线位置处。然后激光源130被供能以烧蚀与光学轴线对齐的封装材料。具体地，试样台105可由控制器101供能以产生激光束遍布所选择的试样区域的扫描。在大多数情况下，移动试样台会提供充分精确的扫描控制。如果需要更佳的精确度，那么激光束也可被使用例如光束倾斜机构(例如声光偏转器-aod、倾斜镜等)扫描以烧蚀预先指定的区域。例如，可指定50微米的直径，并且扫描机构被操作以对激光束扫描以通过或是移动样品台或是移动激光束或是移动以上二者来烧蚀光学轴线周围直径50微米的区域。当然，如果优选的，扫描机构也可用于烧蚀一方形或矩形区域，其中心处于光学轴线处。这确保了烧蚀区域其中心处于缺陷所预测处。

当ir成像在时间上与测试信号相关联、即以锁相模式操作时，可跟随以下过程。首先，使用激光蚀刻或烧蚀各种封装和压模材料，并且蚀刻或烧蚀速率被记录。例如，检索表可储存在控制器101中，与针对每种材料的蚀刻速率相关。然后，在测试操作期间，锁相热成像术使用ir成像信号的相位以产生试样内缺陷的估算深度。使用深度估算、与封装材料有关的信息、以及所记录的针对那种封装材料的蚀刻速率，计算总的蚀刻时间以提供用于激光的时控终点。然后根据计算的蚀刻时间操作激光并且当达到时控终点时停止蚀刻。

在图1a和图1b中还示出了可选的护罩140和泵145，用于排空喷溅的材料。在解封装模式期间启动所述泵以移除正被激光束烧蚀的任何封装材料。附加地，可选的喷嘴150提供气体流、例如空气或氩气流，所述气体流将喷溅的材料从正由激光束所挖掘的孔内移除。随着所述材料通过气体流从所述孔移除，所述材料被吸入护罩140中并从所述系统的工作区域移除。

图1c图示了包括可视光显微镜的用于原位解封装的系统的实施例。具体地，在该实施例中，选择光学元件121用于将收集的光朝着ir相机120或可视光相机122偏转。所述选择光学元件121可例如为倾斜镜，诸如在单反镜头(slr)相机中使用的反射镜。还有，回转头125包括可视光物镜123。在该实施例中，预设时间被选择用于激光128的烧蚀操作。一旦激光完成时控的烧蚀，激光光学件就从光学轴线移除并且可视光物镜被插入到光学轴线中。然后获取烧蚀区域的成像以检查是否已移除充足的材料。如果没有移除充足的材料，则激光可用于进一步烧蚀封装部。可替代地或附加地，可插入ir光学件并且另一ir成像可被获取以获得更好的缺陷定位。显著地，由于更少的材料现在处于缺陷上方，所以对ir成像的噪声比的信号将更好，引起更好的缺陷定位。

应理解的是本文所描述的过程和技术并非固有地与任何特别的设备有关，并且可通过组件的任意合适的组合而实施。另外，各种类型的通用目的装置可依照本文所描述的教导使用。还可证实有利的是构造专门的设备以执行本文所描述的方法步骤。

本发明已关于特定示例进行了描述，所述示例意在所有方面是示意性的而非限制性的。本领域技术人员将理解的是硬件、软件和固件的许多不同组合将适合于实践本发明。此外，对于本领域技术人员而言，从考虑本文公开的本发明的说明和实践出发，本发明的其它实施方式将是显而易见的。其意在的是说明和示例被认为仅仅是示例性的，本发明的真实范围和精神通过以下权利要求表示。