[发明专利]失效分析专用载板、测试设备、芯片电性失效分析的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种芯片电性失效分析的检测装置、设备和方法。

背景技术

在提高产品良率的过程中，产品工程师需要对问题产品进行电性以及物理失效分析，从而对产品进行诊断。通过电性失效分析，往往可以找出缺陷在版图上的位置，为明确缺陷的具体情况，需再进行物理失效分析，主要包括剥层、聚焦离子束(FIB)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、VC定位技术和缺陷化学成分分析。电性失效分析是物理失效分析的前提，物理失效分析结果是电性失效分析的目的和佐证。在失效分析中，各个步骤工作配合应用，缺一不可。

通常使用的方法包括：使用自动测试设备进行电性失效分析对失效的位置进行定位。对于逻辑产品的功能测试项目的失效位置定位通常使用设计辅助测试的分析手法；对电流异常则使用热点失效定位分析法。热点失效定位分析分为静态和动态两种模式，静态热点分析只需要提供电源和接地，而动态热点分析则需要自动测试设备来输入动态信号。

IDDQ失效定位则要求进行动态热点分析。IDDQ失效定位动态热点分析包括：当被测器件处于激活状态时，即测试机被测器件供给电源时，失效位置可能会有异常电流聚集，这会出现两种现象：一种现象是聚集的电流会发出异常的大量光子；另一种现象是当激光扫描到失效位置时，通过电源线的电流会出现异常波动。这两种现象能够被我们的分析仪器发现并作为热点图存储下来。

接下来就可以根据热点图，做物理失效分析。即切开被测器件，找到失效位置。

当失效位置被找到，看到其物理现象例如TEM(穿透电子显微镜)图片，工程师可以分析出合理的失效原因并通知制造部门。

制造部门根据分析结果来调整制造工艺或者其他因素避免同类问题的发生。这样使得下一批次的产品出厂时良率得到改善。

对于上述的动态热点分析的测试样品的制备，传统上有两种样品制备方法：1)定制插座法；2)剥离芯片接线法。

通常的定制插座法进行失效分析的流程如图1所示，其为：

设计定制专用插座及电路板；

将待测芯片开盖；

输入测试信号，所述测试信号通过电路传输至芯片；

进行激光扫描，并通过高倍透镜观察看是否抓到异常热点；

若发现有异常热点，则将此芯片进入物理失效分析阶段；

没有发现有异常热点，则将另一待测芯片开盖进行测试。

其中，对于不同型号的待测芯片需要专门设计定制不同的专用插座及电路板。进行测试的时候，待测芯片需要进行开盖，固定在插座上，插座插在电路板上，电路板在安装在测试机台上。

如图2所示，待测芯片(未标示)进行开盖窗口2，露出封装外壳34里的裸芯片41，插座(未标示)上的夹子75夹住封装外壳34的边缘把待测芯片固定在插座上。插座插在电路板7的测试位置上。电路板7上还包括与测试机台进行信号传输的铜柱1构成的针脚阵列。

进行测试时如图3所示，其中图4为图3的细节放大图。测试机台给待测芯片输入动态信号，同时通过激光扫描仪器对待测芯片进行激光扫描，通过CCD(CCD图像传感器，Charged Coupled Device)发现芯片被激光扫描的电流状况具有异常情况，并由CCD把电流异常的地方标记热点，用高倍光学镜头拍下被测芯片图片，并结合异常电流处的热点形成热点图保留下来。其中，高倍透镜镜头8和待测芯片4之间的距离h1受插座的夹子75的高度限制，不能太近。可是高倍率镜头的焦距很小，小于插座夹子75的高度，所以在测试时不能使用高倍率镜头。而用低倍率镜头，又会使得高倍光学镜头拍的图片精确度不够而降低物理失效分析时找到失效位置的成功率。

并且测试机台给待测芯片4的信号是沿着铜柱1-电路板线路78-插座引脚581-插座线路58-弹簧针51-凸球6(或芯片4的引脚)的路径传输的。这样一个路径中，接触连接点太多，并且周折复杂，容易受到外界的干扰和接触不良的影响。

其中，定制插座法是把待测芯片开盖后，固定在定制专用插座及电路板上。而由于插座需要针对不同的芯片定制，其制作工艺复杂，每次要测不同的芯片都要重新经历一遍设计、开模、生产、组装等过程，再加上其与芯片的对准精度要求很高，故一般都要委托国外的厂家制作，运输很麻烦。这样一个过程，一般需要两三个月。

而剥离芯片接线法是把芯片从封装结构中取出来，附在载片上，再用金属线将芯片管脚与外部连线通过焊接连接，测试信号通过接线传输至芯片。这样一种方式，不能处理大管脚数芯片，因为管脚过多，焊接成功率很低，或者管脚排列复杂则无法全部成功焊接。