[發明專利]一種用于檢測半導體器件硬缺陷故障點的定位裝置及方法

有效

• 申請號: 202110761209.X
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113466650B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 韓建偉;劉鵬程;馬英起;朱翔;上官士鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 陳光磊

本發明公開一種用于檢測半導體器件硬缺陷故障點的定位裝置及方法，裝置包括光源模塊、光學模塊、物鏡、信號提取系統、三維移動臺、移動臺控制箱、控制計算機；方法包括采集物鏡焦點處被測器件的紅外顯微圖像,并記錄該圖像對應的物鏡焦點坐標以及坐標點的頻率信號強度，獲得頻率強度分布圖；通過將紅外顯微圖像和頻率強度分布圖進行疊加，獲得信號強度分布圖；通過分析信號強度分布圖，定位被測器件上硬缺陷故障點的位置；本發明用于Flip?Chip封裝的集成電路進行故障點定位以及集成電路內部的掃描鏈電路全功能的故障點定位，同時適用于短路、漏電、觀察微小失效如晶體管擊穿、鋁硅互熔短路和介質層裂紋這幾種失效模式并且定位準確。

技術領域

本發明涉及集成電路測試領域，具體涉及一種用于檢測半導體器件硬缺陷故障點的定位裝置及方法。

背景技術

集成電路是電子設備的核心，其可靠性將直接影響設備的安全性和使用壽命。失效分析作為集成電路可靠性保證體系的重要組成部分，主要包括以下幾個過程：失效模式驗證，故障點定位，故障物理特性分析及其成因分析。其中，故障點定位是指通過一系列的技術和方法從集成電路內部數以萬計的元器件中精確地定位失效的元器件或者失效點位置，在整個失效分析過程中起著決定性的作用，處于核心地位。

硬缺陷故障點定位過程中采用的定位技術通常可以概括為兩類：動態定位技術和靜態定位技術。(專利號US7616312B2，美國專利，Apparatus and method for probingintegrated circuits using laser illumination)中提出了兩種動態定位技術：激光電壓探針技術(Laser Voltage Probing,LVP)和激光電壓成像技術(Laser VoltageImaging,LVI)，這兩種技術可從集成電路的背面非接觸式地對集成電路的內部MOS晶體管或節點進行功能性測試。LVP和LVI的基本原理是半導體器件內部的自由載流子折射效應，定位過程中芯片處于動態工作模式，激光穿過芯片背部的硅襯底聚焦在有源區，芯片內部載流子濃度的變化導致半導體材料的折射率發生變化從而改變入射激光的相位。激光被芯片正面的金屬布線反射通過干涉手段將反射光的相位變化轉變為光強變化，LVP和LVI分別從時域和頻域分析反射光信號，兩種手段互補，從而定位故障點的位置。但是由于激光在被測器件背部的硅襯底和空氣的交界面也會發生反射，這個交界面處的干涉信號和自由載流子折射效應造成的激光相位調制干涉信號疊加在一起，會造成探測信號的信噪比下降。同時，激光的光程也極易受空氣振動和溫度變化導致的半導體材料厚度變化的影響，導致干涉信號的波動，不利于故障位置的準確定位。

靜態定位技術中常用的技術是光誘導電阻變化技術(Optical Beam InducedResistance Change,OBIRCH)，OBIRCH的基本原理是激光的熱效應，故障點定位過程中只需給被測器件的電源兩端供電，被測器件無需運轉。激光加熱故障區域時會引起故障區域的電阻變化，導致被測器件的供電端電流發生變化ΔI，通過分析電流變化ΔI定位故障點位置。但是目前OBIRCH中電流放大器的最大量程通常為mA，在一些故障模式下，OBIRCH的信號將會發生失真，影響故障點定位的準確性。同時器件中一些小的故障點區域在激光加熱時電流變化ΔI值較小，ΔI被淹沒在噪聲電流中，即便OBIRCH設備中存在電流放大器，但是電流放大器會同時將噪聲電流和電流變化ΔI放大，無法將ΔI從噪聲中提取出來，導致故障點定位失敗。

此外，已有的半導體器件硬缺陷故障點定位裝置中，LVP和LVI通常被集成在一起作為一個獨立的半導體器件動態硬缺陷故障點定位裝置。由于已有的OBIRCH光路與LVP和LVI的光路截然不同，OBIRCH只能作為一種獨立的半導體器件靜態硬缺陷故障點定位裝置，缺乏一種可將LVP、LVI以及OBIRCH集成在一起實現半導體器件動態和靜態硬缺陷故障點定位互補的裝置去應對絕大多數半導體器件硬缺陷失效模式。

發明內容