[发明专利]用于集成电路电性失效分析的芯片测控系统及测试方法

说明书

本发明公开了用于集成电路电性失效分析的芯片测控系统及测试方法，该系统实现了不同封装形式的待测失效芯片与光电检测仪之间灵活可靠的光信号耦合，并且通过上位机、失效芯片装卡组件和失效芯片测控组件之间的交互为待测失效芯片提供了进入并保持特定失效状态的触发手段；其次，通过对待测失效芯片的失效表征工作电流进行连续采样和实时检测，确保了对待测失效芯片失效态的识别和监控。最后，通过环境变量传感模块实现了对待测失效芯片检测环境的实时监测。

技术领域

本发明涉及芯片测控技术领域，具体是用于集成电路电性失效分析的芯片测控系统及测试方法。

背景技术

集成电路（Integrated Circuit）产业是电子信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，我国《集成电路产业“十三五”发展规划建议》指出，到2020年，集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小，16-14纳米制造工艺实现规模量产，到2030年，集成电路产业链主要环节达到国际先进水平，实现跨越发展；事实上，集成电路产业的发展具有系统性，其所含的设计、工艺、测试、应用技术的发展是同步进行的，这四类技术也是芯片（Chip）从设计到制造，再到应用的几个阶段中的关键技术，各个阶段中均会产出相应的芯片产品，包括设计阶段的芯片版图和仿真模型芯片、制造阶段的原型芯片、应用阶段的商品芯片。然而，各个阶段的芯片均会表现出一定偏差，这些偏差体现在芯片的功能、性能、可靠性、环境适用性等层面。人们一般将这些偏差统称为“失效问题”。为了对失效问题进行定位、溯源、机理探究，人们需要对失效问题进行深入分析，该过程即为“失效分析（Failure analysis）”。

电性失效分析（Electrical Failure Analysis，EFA）不仅需要交叉学科理论分析，还必须合理运用各类先进仪器。随着芯片设计水平和制造工艺的快速发展，除了采用传统的目检类仪器（如光学显微镜、光学量测仪）外，还需要采用原理更加先进的失效分析类仪器。在这类失效分析仪当中，光电检测仪占有独特的地位，如基于PN结漏电发射光子原理的近红外光子发射探测仪（Emission Microscopy，EMMI）、基于失效导体电导梯度原理的红外光束诱导电阻变化探测仪（Infrared Optical Beam Induced Resistance Change，IR-OBIRCH）、基于晶体管开关状态与光信号相关原理的光电探针探测仪（Electro-opticProbing，EOP）、基于热点辐射中红外光子原理的高灵敏度中红外热成像分析仪（High-sensitivity mid-infrared camera for thermal analysis）等。这类仪器能够覆盖大多与失效相关的光电物理机制，是电性失效分析的可靠、必备工具。

然而，上述光电检测仪的适用前提是：被测芯片样品需要进行必要的预处理（如开封制样：Decapsulation），且在测试过程中芯片处于有源工作状态，同时要求失效状态始终维持。此外，由于光学检测仪采用显微光学镜头收集光信号，因此需要将被测样品的管芯区（DIE）固定放置在镜头的工作距离和视场范围内，测试期间任何微小的位移或拖拽都会导致芯片偏离最佳探测范围。然而，国内外推出的先进光学检测仪并未充分考虑来自被测待测失效芯片方面的需求，因而没有配套且灵活的同时具备待测失效芯片装卡、失效状态触发及保持、失效状态监控等功能的软硬件测试保障平台。

传统的方法一般采用探针为芯片施加供电和控制信号，或者将待测失效芯片原位保持在整个硬件系统的印制电路板上放入检测仪的样品仓中，这最终导致了在失效分析过程中，被测芯片与先进测量系统的耦合难度高、样品仓空间受限、复杂芯片失效状态可复现性低、原始数据采集可靠性差、对待测失效芯片造成二次损伤的潜在风险高等问题；并且，尽管针对芯片失效分析的光电检测仪种类较为丰富，但尚没有与之配套的既能够为芯片提供可靠装卡，还能够保证芯片的失效触发要求的硬件系统和相应的测控方法，上述问题成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容