半導(dǎo)體開封和去層的技術(shù)方法和案例

背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的加快調(diào)整，工業(yè)化和信息化的深度融合，中國半導(dǎo)體市場展現(xiàn)出強(qiáng)勁發(fā)展勢頭，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性支撐產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體器件產(chǎn)品主要包括電容、電阻、電感、二極管、三極管、晶振、集成電路IC等。伴隨電子產(chǎn)品使用量激增，不可避免會出現(xiàn)故障問題，對失效件進(jìn)行分析，確認(rèn)失效模式、分析失效機(jī)理，明確失效原因，最終減少或避免失效的再次發(fā)生，對企業(yè)發(fā)展意義重大。器件工作環(huán)境和使用過程差異導(dǎo)致失效原因復(fù)雜，往往失效件具有唯一和不可重復(fù)性，所以在進(jìn)行破壞性分析檢測前對樣品制備要求苛刻，好的樣品制備能為后續(xù)分析提供可靠保障。樣品制備包括開封、去層、晶背研磨、取DIE、切片、離子研磨等，本文主要分享開封和去層的技術(shù)方法和案例解析。

開封

開封Decap，也稱開蓋、開帽，指對完整封裝的IC 做局部處理，使得IC可以暴露出來，同時保持芯片功能的完整無損，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受損傷，為下一步芯片失效分析實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備，方便觀察或做其他測試（如FIB，EMMI）。開封范圍：普通封裝、COB、BGA、QFP、QFN、SOT、TO、DIP、BGA、COB、陶瓷、金屬等其它特殊封裝。開封方法一般的有化學(xué)開封、機(jī)械開封、激光開封。

化學(xué)開封

高分子的樹脂體在熱的濃硝酸（98%）或濃硫酸作用下，被腐去變成易溶于丙酮的低分子化合物，在超聲作用下，低分子化合物被清洗掉，從而露出芯片表層。此方法適用于塑料封裝的非銀線類產(chǎn)品，去除塑封方便快捷，并且芯片表面干凈。效果如下圖：

機(jī)械開封

對于金屬類管殼通常采用手動研磨開封，即用砂紙研磨去掉表面金屬蓋，露出內(nèi)部芯片；有些器件需要感光，因此采用透明玻璃封裝，此類產(chǎn)品通常可以采用加熱法用專業(yè)道具從密封處翹開，使上下部分脫離，達(dá)到開封目的。效果如下圖：

激光開封

將IC置于激光開封機(jī)載物臺上，通過信號燈使焦點(diǎn)定位到器件表面，繪制所需圖形，設(shè)置合適激光能量和鐳射次數(shù)，對指定區(qū)域鐳射，以起到樣品減薄、鐳射出二焊點(diǎn)、鐳射至基板的目的。效果如下圖：

激光開封機(jī)原理和組成：主要由工作區(qū)、激光源、掃描頭和攝像四部分組成。芯片激光開封機(jī)是利用高能量的激光束對被加工物體的表面進(jìn)行蒸發(fā)，化學(xué)作用，灼燒等各種手段，從而在被加工物件的表面打上永久性的標(biāo)記或者減薄樣品。

面對紛繁復(fù)雜的器件，開封常采用上述技術(shù)方法的一種或多種，達(dá)到較好的開封效果。

去層

去層：芯片去層即Delayer,去層技術(shù)廣泛應(yīng)用于芯片生產(chǎn)、失效分析、和逆向設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。去層技術(shù)可分為干法去層和濕法去層。干法去層法主要是利用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)設(shè)備或者機(jī)械研磨進(jìn)行去層。濕法去層法是利用特定的化學(xué)溶液與所需去除的薄膜層發(fā)生反應(yīng)，使反應(yīng)的生成物溶于溶液，而與該溶液不發(fā)生或者較微弱反應(yīng)的薄膜層得以保留的方法。通過交互使用不同處理方式（離子蝕刻 、 化學(xué)藥液蝕刻 、 機(jī)械研磨），使芯片本身多層結(jié)構(gòu)(Passivation、 Metal、IDL)可逐層去除。透過芯片研磨與去層可逐層檢查是否有缺陷，能清楚解析出每一層電路布線結(jié)構(gòu)，為后續(xù)分析提供技術(shù)支持。芯片結(jié)構(gòu)SEM圖如下：

鈍化層去除

鈍化層去除：鈍化層主要成分使氮化硅，具有致密性和化學(xué)穩(wěn)定性，常覆蓋在最外層，起到保護(hù)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用。通常采用離子刻蝕機(jī)去除，在射頻電源驅(qū)動下，在上下電極間形成電壓差，產(chǎn)生輝光放電，反應(yīng)氣體被電離成等離子體。等離子體中游離基與被刻蝕材料發(fā)生反應(yīng)，生成能夠由氣流帶走的揮發(fā)性化合物，從而實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕。

金屬層去除

金屬層去除：金屬層一般為鋁，并摻雜了少量硅、銅元素。稀釋后的稀硝酸，硫酸，鹽酸均可以去除鋁層而不腐蝕四周的介質(zhì)層。

介質(zhì)層去除

介質(zhì)層的主要成份是二氧化硅，一般由較多膜層組成，不同層次成膜方法不同，部分層次需要摻雜 其他元素，因此各個薄膜層次的去除速率不一致，可采取研磨法去除，對研磨水平要求較高。

案例分析

01無損開封取Sensor

案件背景：

客戶做產(chǎn)品對比，需將PS sensor（材質(zhì)InGaAs.約0.5mm)取下,驗(yàn)證鍵合方式和DIE狀況。

分析方法：

1.用實(shí)驗(yàn)刀具將塑料管殼和基體分離；

2.配制試劑將sensor表面透明物質(zhì)去除干凈；

3.熱風(fēng)槍加熱后，用塑料鑷子取下sensor；

4.用光鏡觀察DIE各表面。

通過機(jī)械和化學(xué)相結(jié)合開封方法，成功無損取下sensor，確認(rèn)了鍵合方式，發(fā)現(xiàn)了DIE晶背面Crack.

02更換晶振

案件背景：

元器件晶振異常，客戶需要更換新的晶振并保證器件正常使用。

分析方法：

1.X-ray確認(rèn)晶振位置后開蓋至基板；

2.熱風(fēng)槍加熱300度后取下晶振外殼；

3.用實(shí)驗(yàn)刀具將殘留的晶振剔除干凈；

4.點(diǎn)銀膠后替換新晶振，烘烤并封膠；

通過X-RAY定位晶振位置，芯片激光開封機(jī)精準(zhǔn)開窗，成功更換晶振，測試功能符合客戶預(yù)期。

03局部開封

案件背景：

樣品為PCB上的銀線疊DIE產(chǎn)品，開蓋不能開出上DIE并保證銀線不被損傷。

分析方法：

1.X-ray確認(rèn)FIB的施工區(qū)域；

2.激光開封機(jī)對施工區(qū)域進(jìn)行局部開窗；

3.配制腐蝕液進(jìn)行化學(xué)腐蝕，露出FIB的施工區(qū)域；

4.丙酮清洗干凈后轉(zhuǎn)交至FIB.

通過Dacap精準(zhǔn)定位施工區(qū)域和操作手法，成功保護(hù)了銀線和DIE，為后續(xù)FIB線路修補(bǔ)提供了保證。

04二極管去層看異常位置

案件背景：

二極管類樣品需要去除表面金屬，觀察異常位置

分析方法：

1.配置試劑并用加熱臺加熱至100°

2.將二極管樣品浸入試劑中,待不冒泡后用鑷子夾出

3.清洗干凈后拍照；

通過化學(xué)方法，成功去除表面合金，為觀察異常位置提供了條件。
責(zé)任編輯：彭菁