[发明专利]半导体器件内部焊点表面异物层的解析方法及系统

说明书

本发明属于半导体器件内部焊点表面处理技术领域，公开了一种半导体器件内部焊点表面异物层的解析方法及系统，首先使用物理研磨除去晶圆焊点表面异物层上的基底材料和/或封装填充物；然后使用聚焦离子束对经过研磨的晶圆表面进行清洗，直至晶圆的研磨表面露出异物层；继续使用聚焦离子束对异物层进行清洗，直至异物层纵向和横向均露出端面；并且上述清洗过程中，保持聚焦离子束与晶圆的表面直接形成一个小于15°的夹角；使用材料分析仪对清洗后露出纵向和横向端面的异物层进行分析。

技术领域

本发明属于对半导体器件内部焊点表面处理技术领域，具体涉及一种使用聚焦离子束突破半导体器件内部焊点表面微观污染层分析局限的解析方法。

背景技术

已封装的中央处理器的内部焊点连接失效在半导体制造中是很常见的失效机制。为了降低此失效机制对中央处理器制造过程的影响，通常需要对封装后的样品进行解析以找出焊点连接失效的原因，并在源头上切断问题发生的灶点。

聚焦离子束(Focused Ion beam，FIB)是一种利用静电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割技术，商用聚焦离子束系统的离子束多是从液态金属离子源中引出。由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为镓(Gallium，Ga)。聚焦离子束是一种微纳米加工技术，其基本原理与扫描电子显微镜类似，采用离子源发射的离子束经过加速聚焦后作为入射束，高能量的离子与固体表面原子碰撞的过程中可以将固体原子溅射剥离，因此，聚焦离子束更多的是被用作直接加工微纳米结构的工具。结合气体注入系统，聚焦离子束可以辅助进行化学气相沉积，定位诱导沉积生长微纳米材料和结构，或者辅助进行选择性增强刻蚀特定材料和结构。

在目前的已封装中央处理器内部焊点表面聚焦离子束清洗中，通常只会对物理机械切片得到中央处理器的垂直断面(Z方向)进行解析，如图3。这种方式受限于焊点的垂直断面Z向剖面太薄，这样即使有其他更为复杂的分析工具或方法也不能保证解析产生焊点表面加工缺陷的原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用聚焦离子束对物理研磨后的水平断面(X～Y平面)做进一步的焊点表面微观污染层的解析，用聚焦离子束对晶圆焊点进行小斜角清洗以显示出薄层异物层的元素和形态，同时避免封装填充物环氧树脂的强背景噪声对薄层异物层成分分析的影响的方法及系统。

这种半导体器件内部焊点表面异物层的解析方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先使用物理研磨除去半导体器件内部焊点表面异物层上的基底材料和/或封装填充物，靠近内部焊点表面的异物层，优选地，物理研磨除去内部焊点表面异物层上至少90％的基底材料和/或封装填充物，并使用光学显微镜系统进行观察判断，得到水平断面(X～Y平面)。

然后继续使用聚焦离子束对经过研磨的内部焊点表面进行清洗，直至内部焊点表面露出异物层的水平断面；

继续使用聚焦离子束对异物层进行清洗，直至异物层纵向和横向均露出端面；

并且上述清洗过程中，保持聚焦离子束与内部焊点表面之间形成一个小于15°的夹角；

使用材料分析仪对清洗后露出纵向和横向端面的异物层进行分析，优选地，材料分析仪可以是能量色散X射线光谱仪。

为保证观察面积足够大以提供更多的异物层信息，在继续使用聚焦离子束对异物层进行清洗时，异物层露出的端面面积不小于300平方微米。

进一步的，继续使用聚焦离子束对异物层进行清洗时，异物层露出的端面面积达到450平方微米。

在所述的清洗过程中，为了露出异物层的层次内容，保持聚焦离子束与内部焊点表面之间形成一个9～10°的夹角，设定离子源的电压为30千伏，电流为2.5-2.7纳安。

半导体器件内部焊点表面异物层的解析系统，其特征在于，包括物理研磨单元、聚焦离子束清洗单元和解析分析单元；