[发明专利]一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置及方法

说明书

本发明公开一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置及方法，装置包括光源模块、光学模块、物镜、信号提取系统、三维移动台、移动台控制箱、控制计算机；方法包括采集物镜焦点处被测器件的红外显微图像,并记录该图像对应的物镜焦点坐标以及坐标点的频率信号强度，获得频率强度分布图；通过将红外显微图像和频率强度分布图进行叠加，获得信号强度分布图；通过分析信号强度分布图，定位被测器件上硬缺陷故障点的位置；本发明用于Flip‑Chip封装的集成电路进行故障点定位以及集成电路内部的扫描链电路全功能的故障点定位，同时适用于短路、漏电、观察微小失效如晶体管击穿、铝硅互熔短路和介质层裂纹这几种失效模式并且定位准确。

技术领域

本发明涉及集成电路测试领域，具体涉及一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置及方法。

背景技术

集成电路是电子设备的核心，其可靠性将直接影响设备的安全性和使用寿命。失效分析作为集成电路可靠性保证体系的重要组成部分，主要包括以下几个过程：失效模式验证，故障点定位，故障物理特性分析及其成因分析。其中，故障点定位是指通过一系列的技术和方法从集成电路内部数以万计的元器件中精确地定位失效的元器件或者失效点位置，在整个失效分析过程中起着决定性的作用，处于核心地位。

硬缺陷故障点定位过程中采用的定位技术通常可以概括为两类：动态定位技术和静态定位技术。(专利号US7616312B2，美国专利，Apparatus and method for probingintegrated circuits using laser illumination)中提出了两种动态定位技术：激光电压探针技术(Laser Voltage Probing,LVP)和激光电压成像技术(Laser VoltageImaging,LVI)，这两种技术可从集成电路的背面非接触式地对集成电路的内部MOS晶体管或节点进行功能性测试。LVP和LVI的基本原理是半导体器件内部的自由载流子折射效应，定位过程中芯片处于动态工作模式，激光穿过芯片背部的硅衬底聚焦在有源区，芯片内部载流子浓度的变化导致半导体材料的折射率发生变化从而改变入射激光的相位。激光被芯片正面的金属布线反射通过干涉手段将反射光的相位变化转变为光强变化，LVP和LVI分别从时域和频域分析反射光信号，两种手段互补，从而定位故障点的位置。但是由于激光在被测器件背部的硅衬底和空气的交界面也会发生反射，这个交界面处的干涉信号和自由载流子折射效应造成的激光相位调制干涉信号叠加在一起，会造成探测信号的信噪比下降。同时，激光的光程也极易受空气振动和温度变化导致的半导体材料厚度变化的影响，导致干涉信号的波动，不利于故障位置的准确定位。

静态定位技术中常用的技术是光诱导电阻变化技术(Optical Beam InducedResistance Change,OBIRCH)，OBIRCH的基本原理是激光的热效应，故障点定位过程中只需给被测器件的电源两端供电，被测器件无需运转。激光加热故障区域时会引起故障区域的电阻变化，导致被测器件的供电端电流发生变化ΔI，通过分析电流变化ΔI定位故障点位置。但是目前OBIRCH中电流放大器的最大量程通常为mA，在一些故障模式下，OBIRCH的信号将会发生失真，影响故障点定位的准确性。同时器件中一些小的故障点区域在激光加热时电流变化ΔI值较小，ΔI被淹没在噪声电流中，即便OBIRCH设备中存在电流放大器，但是电流放大器会同时将噪声电流和电流变化ΔI放大，无法将ΔI从噪声中提取出来，导致故障点定位失败。

此外，已有的半导体器件硬缺陷故障点定位装置中，LVP和LVI通常被集成在一起作为一个独立的半导体器件动态硬缺陷故障点定位装置。由于已有的OBIRCH光路与LVP和LVI的光路截然不同，OBIRCH只能作为一种独立的半导体器件静态硬缺陷故障点定位装置，缺乏一种可将LVP、LVI以及OBIRCH集成在一起实现半导体器件动态和静态硬缺陷故障点定位互补的装置去应对绝大多数半导体器件硬缺陷失效模式。

发明内容