[发明专利]半导体器件的失效分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，尤其涉及一种半导体器件的失效分析方法。

背景技术

对于半导体器件的大规模生产，期望能够提供有利可图的可靠工艺技术。用于改善工艺技术的可靠性和稳定性的过程包括设计半导体器件、制造半导体器件的样品和测试所述样品的步骤。半导体器件的失效分析是反馈过程，设计发现和纠正缺陷的根源以克服由缺陷产生的问题。

适当的失效分析对于改善半导体器件的质量是关键的。不正确的失效分析可能加长开发和提升半导体器件产品所需的周期。一般地，失效分析包括外部检查、非破坏性分析、电性能检测、破坏性分析等。

随着半导体器件集成度的提高，形成半导体器件的元件结构变成三维的复杂结构，以便在限定的区域内获得足够大的容量。半导体器件复杂度的增加，使得仅仅通过外部检查或电性能检测等方法并不能准确分析出失效的根源，这就要求采用高级剥层处理技术打开半导体封装件及去除待测晶片上的覆层，例如硅层、氧化层，以暴露出半导体器件的叠层结构的失效情况。

然而，对于半导体器件表面覆盖大块铝的失效分析(如DMOS)、还有有些半导体器件表面被BANG线及锡球覆盖的情形下进行失效分析时，失效分析(Failure Analysis，FA)实验室分析起来非常的困难。原因主要是：现有的微光显微镜(Emission Microscope，EMMI)不能对此类样品缺陷定位分析，因为光子不能透过铝。如果采用发烟硝酸方法对半导体器件开封后，容易造成参数漂掉，因为半导体器件背面的金属材料铜(Cu)厚度很大，直接抛光很难做到铜层的去除。

因此，现有技术中通常有两种做法：

一、对于非塑料封装形式的半导体器件，其背面封装铜(Cu)材料很薄，可以利用全自动样品制备(Automated Sample Prep，ASAP)设备用环氧树脂专用钻头直接从半导体器件的背面抛去环氧树脂，然后换上磨Cu专用钻头，抛至Si(硅)层，然后再对该硅层减薄。

然而，该技术方案不适用于背面金属材料的塑料封装形式的半导体器件的背面抛光，因为该种半导体器件的背面Cu层很厚，直接用钻头抛光很难成功，而且钻头损耗比较严重，抛光的时间也很长。

二、针对背面金属材料的塑料封装形式的半导体器件，可以利用发烟硝酸对其封装开封，将管芯邦定(bonding)在PCCB板上，用黑胶封住半导体器件的正面，然后按照解决方案一中的步骤逐步研磨Cu层及硅层减薄。

然而该解决方案存在如下不足：1)对高压产品，如600V DMOS，芯片与酸液接触时间长，直接煮开容易造成半导体器件参数漂掉，无法对半导体器件进行进一步分析，从而使该解决方案失效；2)即使低压产品采用该解决方案，其邦定(bonding)及封装过程中，需要用到PCCB板、邦定机及黑胶等，成本高，而且花费时间长，效率低下。

因此，有必要对该技术问题加以解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体器件的失效分析方法，其实现简单，效率高。

为实现上述目的，本发明是关于一种半导体器件的失效分析方法，其包括步骤：

S101：去除半导体器件背面的铜层；

S103：对半导体器件背面的硅层进行减薄；及

S105：使用微光显微镜(Emission Microscope，EMMI)和/或镭射光束诱发阻抗值变化测试(OBIRCH)电性定位设备定位半导体器件背面的失效点。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S101中使用70％的硝酸溶液浸泡半导体器件的背面以去除铜层。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S101中铜层去除后的半导体器件背面形成U形窗口。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S103中采用全自动样品制备(Automated Sample Prep)设备对硅层进行减薄。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S101中去除铜层后的半导体器件背面形成U形窗口，其中全自动样品制备设备在该窗口中对硅层进行研磨减薄。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S103中采用三种不同的钻头对硅层进行研磨减薄。

作为本发明的进一步改进所述OBIRCH电性定位设备具有drain端探针、gate端探针及source端探针，半导体器件包括具有正面及所述背面的主体部及管脚，其中drain端探针直接接触主体部的背面，gate端探针及source端探针连接半导体器件的管脚。