隨著半導(dǎo)體器件的質(zhì)量和可靠性標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，高度集成、復(fù)雜的封裝解決方案正在被采用，因此在失效分析中對(duì)解封提出了更高的要求。

圖1

2.5D封裝是傳統(tǒng)2D IC封裝技術(shù)的進(jìn)步，可實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的線路與空間利用。在2.5D封裝中，裸片堆疊或并排放置在具有硅通孔（TSV）的中介層頂部。其底座，即中介層，可提供芯片之間的互聯(lián)。

3D晶圓級(jí)封裝，包括CIS發(fā)射器、MEMS封裝、標(biāo)準(zhǔn)器件封裝。是指在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個(gè)封裝體內(nèi)于垂直方向疊放兩個(gè)以上芯片的封裝技術(shù)，它起源于快閃存儲(chǔ)器(NOR/NAND)及SDRAM的疊層封裝。

隨著半導(dǎo)體器件的質(zhì)量和可靠性標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，必須采取廣泛的措施來(lái)確保滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，高度集成、復(fù)雜的封裝解決方案（包括各種新材料和結(jié)構(gòu)）正在被采用，以實(shí)現(xiàn)以前通過(guò)硅縮放所滿足的經(jīng)濟(jì)和性能優(yōu)勢(shì)。這些因素要求使用高度先進(jìn)的工具來(lái)分析潛在的故障，這通常需要物理訪問(wèn)芯片。在失效分析中獲得明確的結(jié)果在很大程度上取決于樣品制備的質(zhì)量，例如選擇性地去除封裝材料，同時(shí)保留鍵合線，重新分布金屬、焊盤(pán)、鈍化、芯片和原始失效部位。

?傳統(tǒng)的解封方法

由于堆疊結(jié)構(gòu)和相對(duì)較小的封裝與芯片尺寸比，當(dāng)使用涉及酸或基于四氟化碳（CF4）的反應(yīng)離子蝕刻（RIE）系統(tǒng)的傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)，復(fù)雜的3D堆疊芯片封裝的解封似乎非常具有挑戰(zhàn)性。后兩種技術(shù)具有固有的局限性，這在包含3D結(jié)構(gòu)的高級(jí)軟件包中尤為明顯。

傳統(tǒng)的酸解封裝很容易由于過(guò)度暴露于酸而損壞頂層芯片和鍵合線，而中間和底層結(jié)構(gòu)則保持未曝光。使用酸解封裝時(shí)，保持封裝周邊以在特定測(cè)試插座中進(jìn)行進(jìn)一步的電氣測(cè)試也非常具有挑戰(zhàn)性。上面的功能照片比較了酸解封裝（左）和MIP解封裝后的26mmx29mm SiP模塊。標(biāo)有“酸”的圖像表示系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）模塊的酸解封裝引起的過(guò)度蝕刻和腐蝕損壞。

使用傳統(tǒng)的基于CF4的反應(yīng)離子蝕刻（RIE）解封裝，使得到達(dá)中層和底層結(jié)構(gòu)變得更加困難。此外，CF4經(jīng)常對(duì)鈍化層和硅晶片造成過(guò)度蝕刻損傷，因?yàn)檫@些材料很容易在氟等離子體中蝕刻。常用的RIE等離子系統(tǒng)中的高能離子轟擊會(huì)損壞設(shè)備的電氣功能，從而無(wú)法進(jìn)行下一步的分析步驟?？偠灾菏褂没谒峄駽F4的等離子體解封方法可能會(huì)引起原始結(jié)構(gòu)的損壞或改變，并可能在根本原因失效分析期間引入腐蝕、過(guò)度蝕刻和外來(lái)污染，從而降低分析精度和置信水平。

?微波誘導(dǎo)等離子體解封

為了克服傳統(tǒng)解封技術(shù)的局限性并實(shí)現(xiàn)無(wú)偽影的樣品制備，基于新型低功耗（P<100W）大氣壓微波誘導(dǎo)等離子體（MIP）開(kāi)發(fā)了全自動(dòng)解封機(jī)。MIP 工具的高度受限等離子束在等離子余輝中產(chǎn)生高通量的中性氧自由基，有助于實(shí)現(xiàn)金、銀、銅和硅芯片等常見(jiàn)引線鍵合材料的高模塑料蝕刻速率和高蝕刻選擇性。如前所述，常壓純氧MIP蝕刻可以實(shí)現(xiàn)模塑料對(duì)線材/焊盤(pán)/鈍化/模具的高選擇性。沒(méi)有離子轟擊和微波雜散場(chǎng)對(duì)于防止損壞封裝內(nèi)的器件至關(guān)重要。已經(jīng)證明，半導(dǎo)體器件在使用MIP工具解封封裝后仍保持完全功能。

MIP 工具由一個(gè)低功耗微波發(fā)生器 （2450 MHz）、一個(gè)定制的 Beenakker 型微波諧振腔、一個(gè)氣體放電管、質(zhì)量流量控制器、一個(gè)攝像頭、一個(gè)可編程 XYZ 級(jí)、清潔單元和干燥單元組成（圖 2）。

圖 2.MIP系統(tǒng)的示意圖

MIP 過(guò)程分兩步執(zhí)行。在第一步中，模塑料中的環(huán)氧樹(shù)脂被MIP流出光束中的高密度氧自由基選擇性地去除。在第二步中，在超聲波去離子水浴中除去二氧化硅填充劑顆粒的剩余團(tuán)聚層。重復(fù)這種蝕刻-清潔-干燥循環(huán)，從而能夠逐層去除環(huán)氧樹(shù)脂模塑料，同時(shí)保留中的功能組件和原始故障部位。

圖3示出了所描述的MIP解封工藝流程。在MIP處理之前不一定需要樣品制備。然而，為了優(yōu)化工藝并減少整體解封時(shí)間，使用激光燒蝕或銑削方法去除頂絲環(huán)上方的散裝模塑料是有幫助的。圖3a顯示了激光燒蝕后的封裝，然后通過(guò)圖3b中的MIP蝕刻，并在圖3c中的去離子水中清潔以除去填充物顆粒。

圖 3.無(wú)鹵MIP解封的工藝流程，顯示a）激光燒蝕后的封裝表面，b）隨后進(jìn)行MIP蝕刻，以及c）隨后在去離子水中超聲清洗以除去SiO2填料顆粒。d） 完全解封的樣品。

MIP解封裝工藝的蝕刻化學(xué)和隨后的高選擇性消除了過(guò)度延伸的風(fēng)險(xiǎn)，并有助于去除封裝材料，同時(shí)確保鍵合線、鍵合焊盤(pán)、芯片、原始結(jié)構(gòu)和失效部位保持在極好的狀態(tài)。圖1中標(biāo)記為MIP的圖像說(shuō)明了使用MIP的SiP模塊中所有有源和無(wú)源器件的無(wú)偽影曝光。圖4顯示了SiP模塊上解封3D結(jié)構(gòu)的更詳細(xì)圖像。

圖 4.MIP解封裝后SiP模塊中第一層（a）和第二層閃存堆疊芯片（b）上的光學(xué)顯微鏡圖像

?使用 MIP 進(jìn)行 2.5D 封裝解封

作為MIP工具持續(xù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一部分，最近將重點(diǎn)放在2.5D封裝上，證明MIP工藝選擇性地去除了2.5D封裝上或兩個(gè)模具之間的有機(jī)材料，例如環(huán)氧模塑料、底部填充物或聚酰亞胺，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的分析步驟。2.5D 轉(zhuǎn)接板芯片或 3D NAND 芯片上的銅微凸塊、焊點(diǎn)、芯片焊盤(pán)曝光（自上而下或橫截面曝光）是 MIP 與傳統(tǒng)解封技術(shù)相比具有獨(dú)特功能的領(lǐng)域。

例如，使用傳統(tǒng)的解封裝方法很難暴露轉(zhuǎn)接板互連，因?yàn)閷訅喊?、芯片凸塊和μ浮標(biāo)會(huì)受到濕化學(xué)品的腐蝕?；诜嫉牡入x子體蝕刻器將腐蝕鈍化層，金屬層和芯片硅。與此相反，大氣壓力MIP是一種高度選擇性和各向同性的過(guò)程，可以暴露轉(zhuǎn)接板互連，同時(shí)保留所有材料和原始故障點(diǎn)，從而允許進(jìn)行后續(xù)的仔細(xì)分析。

使用大氣壓MIP工藝去除2.5D結(jié)構(gòu)上方或周圍的底部填充物不會(huì)改變樣品上的所有其他材料。μBumps也可以從上到下或在橫截面上干凈地暴露出來(lái)（圖5），從而能夠分析進(jìn)一步進(jìn)入橫截面的缺陷，同時(shí)保證樣品制備不會(huì)引起偽影。

圖 5.（a）MIP處理在橫截面中暴露了第一排μpillars，（b）MIP工藝能夠?qū)⒌诙斜┞兜綐悠分?，其中第一排μpillar被機(jī)械拋光成。

去除硅轉(zhuǎn)接板上緊密間隔的芯片之間的封裝材料是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的。MIP 能夠從這些非常高的縱橫比空間中去除封裝材料，從而可以在互連故障高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域檢測(cè)硅轉(zhuǎn)接板中的導(dǎo)電跡線。

圖 6.（a） 高帶寬存儲(chǔ)器 （HBM） 包覆成型和周圍底部填充物的光學(xué)圖像。（b） MIP處理后的HBM光學(xué)圖像去除了轉(zhuǎn)接板上和頂部芯片之間的包覆成型和底部填充。

大氣壓力MIP系統(tǒng)是無(wú)偽影解封的獨(dú)特工具，可實(shí)現(xiàn)無(wú)可爭(zhēng)議的故障識(shí)別。該系統(tǒng)的高蝕刻選擇性、速度和可重復(fù)性可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高級(jí)封裝解封，確保相關(guān)故障分析和可靠性調(diào)查的高成功率。

編輯：黃飛

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