失效分析样品的制作方法及失效分析样品

技术领域

本公开实施例涉及半导体器件测试领域，尤其涉及一种失效分析样品的制作方法及失效分析样品。

背景技术

在半导体器件的研发和生产过程中，失效分析是改善工艺条件、提高产品良率不可或缺的重要手段。通过失效分析，可以帮助研发和生产人员找到设计上的缺陷、工艺参数不匹配或者生产中的操作不当等问题。为后续的产品设计提供必要的反馈信息，为生产工艺的调整提供必要的补充。

在失效分析流程中，最基本的步骤就是失效分析样品的制作。失效分析样品制作的好坏，直接影响到后续测试中能否准确定位半导体器件的失效位置。然而，随着半导体器件的尺寸逐渐减小，失效分析样品的制作难度增加。因此，如何更好的制作失效分析样品，以精确的定位到失效位置，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种失效分析样品的制作方法及失效分析样品。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种失效分析样品的制作方法，所述方法包括：

提供待测管芯；其中，所述待测管芯包括相对设置的正面和背面，所述待测管芯的正面通过第一胶层与第一基板之间粘接；

将所述待测管芯的背面通过第二胶层与第二基板固定连接；其中，所述第二胶层的固化温度小于所述第一胶层的熔化温度，所述第二胶层的熔化温度大于所述第一胶层的熔化温度；

在所述待测管芯的背面粘接有所述第二基板后，分离所述第一基板和所述待测管芯。

在一些实施例中，所述提供待测管芯，包括：

提供封装芯片；其中，所述封装芯片包括多个堆叠设置的管芯；

对所述封装芯片执行第一检测，并形成第一检测结果；

在所述第一检测结果指示所述封装芯片包括失效区域时，确定所述封装芯片包括所述待测管芯；其中，所述失效区域位于所述待测管芯中。

在一些实施例中，所述在所述待测管芯的背面粘接有所述第二基板后，分离所述第一基板和所述待测管芯，包括：

在第一温度下，对所述第一胶层进行第一热处理，以熔化所述第一胶层，并分离所述第一基板和所述待测管芯。

在一些实施例中，所述方法还包括：

在分离所述第一基板和所述待测管芯后，对固定连接的所述待测管芯和所述第二基板进行第三热处理。

在一些实施例中，所述第三热处理的处理温度包括：120℃至150℃；所述第三热处理的处理时长包括：50分钟至90分钟。

在一些实施例中，所述将所述待测管芯的背面通过第二胶层与第二基板固定连接，包括：

在所述第二基板上涂覆第二材料层；

将所述待测管芯的背面粘接在所述第二材料层上；其中，所述待测管芯的背面与所述第二基板，分别位于所述第二材料层相对设置的两个表面；

对所述第二材料层进行第二热处理，以固化所述第二胶层，并将所述待测管芯的背面通过所述第二胶层与所述第二基板固定连接。

在一些实施例中，所述第二热处理的第二温度包括：60℃至80℃。

在一些实施例中，所述第一胶层的组成材料包括：热熔胶；

所述第二胶层的组成材料包括：氧化硅和环氧树脂。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种失效分析样品，所述样品采用上述实施例中任一项所述方法制作而成。

本公开实施例中，将待测管芯的背面通过第二胶层与第二基板固定连接，利用该第二胶层的固化温度小于第一胶层的熔化温度，可保证在第二胶层固化的过程中，第一胶层始终不会熔化，第一基板可继续承载待测管芯。同时利用该第二胶层的熔化温度大于第一胶层的熔化温度，在将第一胶层熔化以分离第一基板和待测管芯时，第二胶层不会熔化，第二基板可继续承载待测管芯。如此，可避免制样过程中管芯单独存在，减小单独存在的较薄的管芯发生翘曲或碎裂的风险，提高失效分析测试制样的成功率。

附图说明

图1a至图1e是根据一种实施例示出的一种失效分析样品的制作方法的结构示意图；

图2是根据一种实施例示出的一种失效分析样品的制作过程中的局部示意图；

图3是根据本公开实施例示出的一种失效分析样品的制作方法的流程示意图；

图4a至图4d是根据本公开实施例示出的一种失效分析样品的制作方法的结构示意图；

图5是根据本公开实施例示出的一种失效分析样品的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本公开的技术方案进一步详细阐述。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方法，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻的理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本公开。根据下面说明和权利要求书，本公开的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本公开实施例的目的。

可以理解的是，本公开的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示其“在”某物“上”且其间没有居间特征或层(即直接在某物上)的含义，而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义。

在本公开实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本公开实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的顶表面和底表面之间，或者层可在连续结构顶表面和底表面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。层可以包括多个子层。例如，互联层可包括一个或多个导体和接触子层(其中形成互连线和/或过孔触点)、以及一个或多个电介质子层。

需要说明的是，本公开实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

图1a至图1e是根据一种实施例示出的一种失效分析样品的制作方法的示意图，该方法包括以下步骤：

步骤一：参照图1a所示，提供封装芯片100，包括：由下至上依次堆叠设置的管芯(Die，如图1a中101至108所示，下面将以管芯105作为示例进行说明)，以及位于相邻管芯之间的封装胶110，封装胶110用于将管芯依次粘接在封装基板上。

步骤二：参照图1b所示，当管芯105中包括失效区域时，定位管芯105为失效管芯。抛光去除管芯105正面105a的部分未失效的管芯及上层塑封层，形成如图1b所示结构。

步骤三：参照图1c和图1d所示，在管芯105的正面形成基板A，基板A用于承载管芯105。抛光去除管芯105背面105b的其它管芯、下层塑封层及封装基板，以获取失效管芯。

可以理解的是，在基板A和管芯105之间可能存在较薄的部分未失效的管芯。

相关技术中，通过在衬底上形成依次堆叠设置的外围电路和存储阵列，可提高单个管芯的集成度和位密度。然而，当失效区域位于外围电路时(即管芯的背面时)，需要从管芯的正面扎针、背面成像，来抓取失效区域。

具体地，由于外围电路中没有设置用于连接外部结构的导电垫片(Pad)，该导电垫片通常设置在存储阵列上方(即管芯的正面)。在进行失效分析检测时，例如利用微光显微镜(EMMI)检测时，需将传输检测电信号的探针扎在管芯可以与外部实现电连接的一面(即管芯的正面)，并在管芯的另一面(即管芯的背面)照射侦测光信号，侦测失效区域(即从管芯的背面成像)。

因此，在进行失效检测时，需在管芯的背面形成另一基板(例如基板B)，并去除管芯正面的基板A，以显露管芯正面可与探针实现电连接的结构(例如，引线或垫片)。

步骤四：参照图1e所示，在管芯105的背面形成基板B，基板B也用于承载管芯105。并去除管芯105正面的基板A，以获得待测的失效分析样品。可以理解的是，待测的失效分析样品包括基板B和承载在基板B上的管芯105。

在上述步骤四中，可先去除管芯正面的基板A，再将管芯的背面与基板B黏合，使得管芯的正面暴露。然而，在去除基板A之后，且在形成基板B之前，较薄的管芯的正面或背面均未得到基板的支撑，即薄的管芯处于单独存在的状态，管芯会发生翘曲的现象。甚至，当管芯过薄时，还可能存在碎裂的风险。

图2是根据一种实施例示出的一种失效分析样品的制作过程中的局部示意图。参照图2所示，在上述步骤三和步骤四中，可先利用热熔胶将失效管芯的正面与基板A黏合，再利用该热熔胶将失效管芯的背面与基板B黏合。对黏合有基板A和基板B的失效管芯加热至一定温度(例如120℃至150℃)，以熔化管芯正面与基板A之间的热熔胶，使管芯与基板A分离，使得管芯的正面暴露。

然而，在熔化管芯正面与基板A之间的热熔胶的过程中，管芯背面与基板B之间的热熔胶也可能熔化变为液态，管芯背面与基板B之间的粘附性下降，基板B对于管芯的支撑力较弱甚至管芯发生脱落，导致失效样品制备失败，无法定位失效点。

基于此，本公开实施例提供一种失效分析样品的制作方法。

图3是根据本公开实施例示出的一种失效分析样品的制作方法的流程示意图，参照图3所示，所述方法包括以下步骤：

S110：提供待测管芯；其中，待测管芯包括相对设置的正面和背面，待测管芯的正面通过第一胶层与第一基板之间粘接；

S120：将待测管芯的背面通过第二胶层与第二基板固定连接；其中，第二胶层的固化温度小于第一胶层的熔化温度，第二胶层的熔化温度大于第一胶层的熔化温度；

S130：在待测管芯的背面粘接有第二基板后，分离第一基板和待测管芯。

图4a至图4d是根据本公开实施例示出的一种失效分析样品的制作方法的结构示意图，下面将结合图3、图4a至图4d对本公开再做进一步详细的说明。

首先，参照图4a所示，执行步骤S110：提供待测管芯210；其中，待测管芯210包括相对设置的正面211和背面212，待测管芯的正面211通过第一胶层410与第一基板310之间粘接。

需要强调的是，待测管芯210的正面211可与第一胶层410直接接触，或者，待测管芯210的正面211还可通过图4a中所示的封装胶和部分未失效的管芯结构，与第一胶层410间接接触。

在一些实施例中，参照图4a所示，待测管芯210的正面211还包括：引线201。引线201与待测管芯210中的垫片(Pad，图中未示出)电连接。需要指出的是，待测管芯210包括失效区域。

在一些实施例中，待测管芯210包括在衬底上依次堆叠设置的外围电路和存储阵列。该外围电路用于向存储阵列传输电信号，该存储阵列用于进行信息的读取/擦除操作。

在一些实施例中，待测管芯210的结构可包括动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、3D NAND、3D Xtacking中的任意一种或其组合。

在一些实施例中，待测管芯的正面通过第一胶层与第一基板之间粘接，包括：

将熔融态的第一材料层涂覆在第一基板上；

将待测管芯的正面粘接在第一材料层上；

第一材料层固化形成第一胶层，并将待测管芯的正面通过该第一胶层与第一基板之间粘接。

在一些实施例中，第一基板的组成材料包括：透光材料。例如，玻璃和石英。

在一些实施例中，第一胶层的组成材料包括：热熔胶。可以理解的是，热熔胶固化后，待测管芯的正面可通过第一胶层与第一基板之间固定连接。在后续抛光去除待测管芯背面的其它材料层的过程中，该固定连接方式可提供稳定的支撑。

接下来，参照图4b所示，执行步骤S120：将待测管芯的背面通过第二胶层420与第二基板320固定连接；其中，第二胶层420的固化温度小于第一胶层410的熔化温度，第二胶层420的熔化温度大于第一胶层410的熔化温度。

在一些实施例中，第二基板的组成材料包括：透光材料。例如，玻璃和石英。

可以理解的是，第二基板用于支撑待测管芯。由于第二基板的组成材料包括透光材料，在进行失效分析检测时，例如，采用激光束或红外光，从待测管芯背面侦测待测管芯内部的失效区域时，第二基板可允许激光束或红外光透过，不会对检测结果造成影响。

在一些实施例中，第二胶层的组成材料包括：氧化硅和环氧树脂。

需要说明的是，由于环氧树脂具有良好的粘接强度，固化后的第二胶层可使得第二基板和待测管芯固定连接，在后续过程中，若需要对待测管芯的正面进行抛光处理，以暴露待测管芯中的某些结构，固定连接可提供稳定的支撑。

在一些实施例中，第一胶层和第二胶层的厚度可以相同。在其它一些实施例中，第一胶层和第二胶层的厚度可以不同。

需要强调的是，第二胶层的透光性能较好，且第二胶层的厚度对后续测量的影响较小。

在一些实施例中，第一胶层的宽度大于待测管芯的宽度，第二胶层的宽度也大于待测管芯的宽度，第一胶层和第二胶层的宽度可以相同，也可以不同。

可以理解的是，由于待测管芯较薄，在待测管芯与第一胶层或第二胶层直接接触时，若第一胶层或第二胶层的宽度小于待测管芯，例如，待测管芯的两端未被第一胶层或第二胶层覆盖，在粘接第一基板或第二基板后，由于待测管芯中间和两端的应力分布不均，可能会导致待测管芯两端未被覆盖的部分发生翘曲。

需要强调的是，上述厚度表示的是第一胶层或第二胶层在垂直于第一基板或第二基板方向上的长度。上述宽度表示的是第一胶层或第二胶层在平行于第一基板或第二基板方向上的长度，通过设置第一胶层和第二胶层的宽度大于待测管芯的宽度，第一胶层或第二胶层可完全覆盖待测管芯的正面或背面。

最后，参照图4c和图4d所示，在待测管芯的背面粘接有第二基板后，分离第一基板310和待测管芯210。

本公开实施例中，将待测管芯的背面通过第二胶层与第二基板固定连接，利用该第二胶层的固化温度小于第一胶层的熔化温度，可保证在第二胶层固化的过程中，第一胶层始终不会熔化，第一基板可继续承载待测管芯。同时利用该第二胶层的熔化温度大于第一胶层的熔化温度，在将第一胶层熔化以分离第一基板和待测管芯时，第二胶层不会熔化，第二基板可继续承载待测管芯。如此，可避免制样过程中管芯单独存在，减小单独存在的较薄的管芯发生翘曲或碎裂的风险，提高失效分析测试制样的成功率。

此外，通过在待测管芯的背面固定连接第二基板，并将待测管芯正面的第一基板分离，可露出待测管芯正面用于电连接的垫片或引线。当失效区域位于待测管芯的背面时，也可从待测管芯正面的垫片或引线扎针、背面成像，以精确定位失效区域，提高失效分析测试的精确度。

在一些实施例中，上述步骤S110中，提供待测管芯，包括：

提供封装芯片；其中，封装芯片包括多个堆叠设置的管芯；

对封装芯片执行第一检测，并形成第一检测结果；

在第一检测结果指示封装芯片包括失效区域时，确定所述封装芯片包括待测管芯；其中，失效区域位于待测管芯中。

需要指出的是，当失效区域位于封装芯片中某一管芯时，则不能从封装水平(Package level)准确定位失效区域。需要对每个管芯逐一检测，以定位包括失效区域的管芯。例如，将管芯与封装基板连接的引线分开，通过与管芯连接的引线测试该管芯。当测试结果指示为通过(Pass)时，抛光去除该管芯，并对下一层管芯进行检测；当测试结果指示为失败(Fail)时，则定位该管芯为待测管芯。

可以理解的是，上述第一检测可用于检测封装芯片中的每一个管芯，上述第一检测结果分别对应于每一个管芯的检测结果。

在一些实施例中，第一检测包括：电性检测。例如，利用自动化测试设备(Automatic Test Equipment，ATE)对每个管芯逐一检测。

本公开实施例中，通过利用第一检测对封装芯片中的多个管芯进行检测，可进一步地缩小失效区域的定位范围，提高检测效率以及封装芯片中失效区域的定位精度。

在一些实施例中，上述步骤S130还包括：

在第一温度下，对第一胶层进行第一热处理，以熔化第一胶层，并分离第一基板和待测管芯。

示例性地，参照图4c所示，在第一温度下，对第一胶层410进行第一热处理，以熔化第一胶层410，并分离第一基板310和待测管芯210。

可以理解的是，在第一温度下，第一胶层开始熔化，由固态转变为可流动液态，第一基板与第一胶层之间的粘附性下降，如此，可在不损伤待测管芯的情况下，分离待测管芯和第一基板。

本公开实施例中，通过在第一温度下，对第一胶层进行第一热处理，无需施加额外的机械作用力，即可分离待测管芯正面的第一基板，可较好的保持待测管芯内部结构的物理完整性，减小对失效分析结果的干扰。

当第一温度较低时，待测管芯正面的第一胶层难以熔化，无法分离第一基板和待测管芯。当第一温度过高，甚至高于第二胶层的熔化温度时，待测管芯正面的第二胶层也会发生熔化，第二胶层也与待测管芯分离，导致待测管芯单独存在。

在一些实施例中，第一温度包括：120℃至150℃。例如，第一温度可包括130℃或者140℃等。

可以理解的是，第一温度的范围可根据第一胶层的材料进行合理选择。需要强调的是，在第一温度条件下，第一胶层会熔化，而第二胶层依旧固定连接待测管芯和第二基板的状态。

在一些实施例中，所述方法还包括：

在分离第一基板和待测管芯后，对固定连接的待测管芯和第二基板进行第三热处理。

在一些实施例中，第三热处理的处理温度包括：120℃至150℃。

在一些实施例中，第一热处理和第三热处理的温度可以相同，也可以不同。在第一热处理和第三热处理的温度相同时，第一热处理和第三热热处理可同时进行。

在一些实施例中，第三热处理的处理时长包括：50分钟至90分钟。例如，在第三热处理的处理温度包括140℃时，对应地，第三热处理的处理时长可包括60分钟。

可以理解的是，第三热处理的处理时长可根据第三热处理的处理温度进行合理调整。例如，在第三热处理的处理温度包括120℃时，对应地，第三热处理的处理时长可包括90分钟。在第三热处理的处理温度包括150℃时，对应地，第三热处理的处理时长可包括50分钟。只需保证待测管芯正面的第一胶层完全去除，待测管芯背面的第二胶层完全固化即可。

本公开实施例中，在分离第一基板和待测管芯后，对固定连接的待测管芯和第二基板进行第三热处理，并保持一定的处理时长。一方面，可进一步地固化第二胶层，提供更好的支撑作用；另一方面，可有效去除待测管芯正面残留的第一胶层，减小对后续失效分析测试的影响。

在一些实施例中，将待测管芯的背面通过第二胶层与第二基板固定连接，包括：

在第二基板上涂覆第二材料层；

将待测管芯的背面粘接在第二材料层上；其中，待测管芯的背面与第二基板，分别位于第二材料层相对设置的两个表面；

对第二材料层进行第二热处理，以固化第二胶层，并将待测管芯的背面通过第二胶层与第二基板固定连接。

在一些实施例中，第二热处理的第二温度包括：60℃至80℃。

需要指出的是，当第二热处理的温度大于第一胶层的熔点时，在对第二材料层进行第二热处理的过程中，可能会出现第二胶层还未完全固化，第一胶层已经开始熔化，第一基板与待测管芯发生分离的情况。此时，第一基板和第二基板均无法提供支撑作用，导致待测管芯单独存在，可能发生翘曲或者碎裂。

本公开实施例中，通过设置第二热处理的第二温度小于第一热处理的第一温度，可保证在第二胶层固化的过程中，第一胶层始终不会熔化，第一基板可继续承载待测管芯。

在一些实施例中，在分离第一基板和待测管芯后，所述方法还包括：对待测管芯执行第二检测，并形成第二检测结果；根据第二检测结果定位待测管芯的失效区域。

在一些实施例中，第二检测包括：微光显微镜(EMMI)检测和光束诱导电阻变化(OBIRCH)检测。

相应地，本公开实施例提供一种失效分析样品，所述样品采用上述任一项实施例的方法制作而成。

示例性地，参照图5所示，失效分析样品100，包括：

待测管芯210，包括：相对设置的正面211和背面212，待测管芯的背面212通过第二胶层420与第二基板320固定连接。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。