半導體器件物理特性分析方法
2023-07-09 22:49:31 1
半導體器件物理特性分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種半導體器件物理特性分析方法，包括：對半導體器件樣品進行外部物理特徵分析；X射線無損結構分析；聲學掃描顯微鏡無損材料分析；外部物理特徵耐溶劑試驗；內部工藝特徵分析；本發明提供的半導體器件物理特性分析方法，用明確、嚴謹的試驗方法和判定依據，剔除了仿冒翻新類的劣質器件。
【專利說明】半導體器件物理特性分析方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件檢測分析【技術領域】，特別是指一種半導體器件物理特性分析方法。
【背景技術】
[0002]目前，在半導體元器件市場上充斥著大量的劣質元器件，其中主要包括低製造工藝器件、仿冒翻新器件。其中，仿冒集成電路，其內部工藝(封裝工藝、鍵合工藝、晶片製造工藝等)質量一致性差，不能滿足集成電路系統的需求，一旦裝配完成投入使用，極易出現故障，嚴重影響集成電路系統的可靠性，甚至造成重大損失。而翻新集成電路，產品年久老化、產品翻新損傷等問題，存在巨大的可靠性隱患，一旦進行裝配使用，嚴重影響集成電路系統的可靠性、運行穩定性和使用壽命。
[0003]這些劣質半導體器件一旦流入生產製造環節，輕則直接影響到產品的生產周期、產品的質量、產品的使用安全性和產品的使用壽命，重則威脅使用者和他人的生命財產安全。
[0004]現階段，在國內尚無相關的檢驗檢測標準用來剔除仿冒翻新類的劣質器件。因此，半導體器件物理特徵分析(PFA)工作尤為重要。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明的目的在於提出一種半導體器件物理特性分析方法，用明確、嚴謹的試驗方法和判定依據，剔除了仿冒翻新類的劣質器件。
[0006]基於上述目的本發明提供的半導體器件物理特性分析方法，包括:
[0007]對半導體器件樣品進行外部物理特徵分析，所述外部物理特徵包括引線、焊區、封裝殼體、封裝蓋帽、BGA封裝焊球、BGA封裝基板，其中任意一項出現瑕疵即判定為不合格，若均合格則進行下一步；
[0008]通過對半導體器件樣品的內部工藝結構在俯視方向和側視方向上分別照射X射線，分別得到半導體器件樣品的內部工藝結構在俯視方向和側視方向上的X射線照片，將其與半導體器件標準品的內部工藝結構的X射線照片進行對比觀察，若引線框架形貌、晶片定位、晶片尺寸、引線鍵合定位、鍵合絲數量中任意一項不一致或出現鍵合絲斷絲，則判定為不合格，若均合格則進行下一步；
[0009]利用聲學掃描顯微鏡對半導體器件樣品包封材料的密度進行對比試驗，若出現相同送檢批次樣品的模塑化合物密度明顯不一致、樣品模塑化合物密度不均勻或明顯異常、樣品內部結構不一致其中任意一種情況，則判定為不合格，若均合格則進行下一步；
[0010]對半導體器件樣品進行外部物理特徵耐溶劑試驗，若樣品出現損壞現象、塗覆層出現脫落、褪色、起皮、抹掉其中之一的現象，則判定為不合格，若均合格則進行下一步；
[0011]對半導體器件樣品進行內部工藝特徵分析，若晶片粘接材料、鍵合工藝、鍵合材料、晶片版圖信息、晶片工藝其中之一不符合原廠信息或不一致或出現鍵合絲斷絲或熔融、封裝殼體內部打磨痕跡、晶片電應力損傷，則判定為不合格，若均合格，則該批次半導體器件判定為合格產品。
[0012]在一些實施方式中，所述半導體器件樣品的外部物理特徵耐溶劑試驗包括:
[0013]將半導體器件樣品浸入在室溫下的溶劑中；
[0014]浸泡至少20min;
[0015]使用規定的刷子，以0.5N?0.6N的壓力將樣品重複刷十次；
[0016]其中，所述溶劑為有機溶劑，包括丙酮或無水乙二胺；
[0017]所述規定的刷子是一種牙刷，其柄由不與溶劑反應的材料製成；刷子由硬質長毛製成，毛的自由端應位於同一個水平面上；當出現變軟、彎曲、磨損、掉毛的跡象時，更換刷子。
[0018]從上面所述可以看出，本發明提供的半導體器件物理特性分析方法，用明確、嚴謹的試驗方法和判定依據，對半導體元器件的質量控制提供了新的方法，彌補了國內在此方面的空白；所述半導體器件物理特徵分析(PFA)方法是通過一系列無損分析技術和有損分析技術，來驗證半導體器件的標識、材料、結構、晶片版圖和製造質量是否符合規定所進行的一系列分析的全過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明提供的半導體器件物理特徵分析方法實施例的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0021]所述半導體器件物理特徵分析(PFA)方法是通過一系列無損分析技術和有損分析技術，來驗證半導體器件的標識、材料、結構、晶片版圖和製造質量是否符合規定所進行的一系列分析的全過程；主要包含:外部物理特徵分析技術、無損結構分析技術、聲學掃描顯微鏡無損分析技術、外部物理特徵耐溶劑試驗、內部工藝特徵分析技術；輔助試驗包含:掃面電子顯微鏡檢查、能譜分析、剖面分析技術等。
[0022]參照附圖1，為本發明提供的半導體器件物理特徵分析方法實施例的流程示意圖。
[0023]所述半導體器件物理特性分析方法，包括:
[0024]步驟101:對半導體器件樣品進行外部物理特徵分析，所述外部物理特徵包括引線、焊區、封裝殼體、封裝蓋帽、BGA封裝焊球、BGA封裝基板，其中任意一項出現瑕疵即判定為不合格，若均合格則進行步驟102 ;
[0025]其中，所述外部物理特徵分析方法包括器件的封裝尺寸、封裝工藝、器件表面信息的內容和工藝(信息的相對位置、字體、書寫工藝(印刷or雷射刻字)、字的顏料等等)；具體的可選實施方式包括:
[0026]在顯微鏡下對樣品的外部特徵進行觀察分析；利用立體顯微鏡，在放大10倍到100倍的條件下，對器件的外部宏觀特徵進行觀察；利用金相顯微鏡，在放大50倍到1000倍的條件下，對器件的外部微觀特徵進行觀察。從而對器件的外部物理特徵進行全面的觀察分析，對器件進行評價；
[0027]管腳檢查:管腳缺陷包括管腳明顯過薄、過軟、管腳有焊接痕跡、管腳折斷、管腳鏽蝕氧化、管腳數與手冊不符等；管腳存在這些類似缺陷的器件屬於翻新器件，在翻新過程中，器件管腳不免會受到一定的機械損傷，並且器件經過使用，使用的條件和環境都是未知的，再次使用的可靠性存在很大的不確定性；
[0028]管殼檢查:而同廠同批器件的管殼形貌應該是完全相同的；管殼形貌不一直的情況說明該批器件有可能是由不同批次的產品重新改標翻新成的同批次產品；
[0029]標識檢查:目前集成電路絕大多數採用雷射列印或用專用的印刷機印字，字跡清晰，並且不易擦除；在試驗過程中，有時會發現器件表面的標識列印的模糊不清、深淺不一，這是因為在仿冒、翻新過程中對器件封裝進行了打磨等處理，然後進行重新打標；這樣的器件是仿冒、翻新器件；對型號信息和美軍標準微電路型號(SMD)核對，用以甄別仿冒集成電路；仿冒、翻新集成電路中往往出現已停產產品卻印著停產後批次日期的情況，通過對器件的停產日期與其生產批次進行核查，用以甄別仿冒翻新器件；管腳鍍層代碼代表了其管腳鍍層的成份，可通過管腳鍍層成份分析，對其成份與鍍層代碼的符合性進行鑑定。
[0030]具體的，如果呈現下列任何一種情況，該批次半導體器件應視為不合格:
[0031]引線或焊區:
[0032]引線明顯過薄、過軟且具有明顯的打磨痕跡，或引線尺寸不符合器件手冊中的尺寸要求；
[0033]引線或焊區有使用過痕跡；
[0034]引線或焊區氧化鏽蝕；
[0035]封裝殼體或蓋帽:
[0036]封裝殼體或蓋帽打磨痕跡；
[0037]封裝殼體或蓋帽存在二次塗覆痕跡；
[0038]相同生產廠家、相同型號、相同生產批器件的封裝形貌不一致；
[0039]封裝形貌不符合相關規範或有關文件；
[0040]BGA封裝焊球:
[0041]焊球不飽滿、焊球形貌不一致；
[0042]焊球的數量和分布不符合器件手冊中規定的數量和分布；
[0043]貫穿焊球根部或延伸至焊球根部的劃痕；
[0044]BGA封裝基板:
[0045]基板翹曲；
[0046]基板附著多餘物，例如焊錫或助焊劑殘留等。
[0047]步驟102:通過對半導體器件樣品的內部工藝結構在俯視方向和側視方向上分別照射X射線，分別得到半導體器件樣品的內部工藝結構在俯視方向和側視方向上的X射線照片，將其與半導體器件標準品的內部工藝結構的X射線照片進行對比觀察，若引線框架形貌、晶片定位、晶片尺寸、引線鍵合定位、鍵合絲數量中任意一項不一致或出現鍵合絲斷絲，則判定為不合格，若均合格則進行步驟103 ;
[0048]所述X射線檢查無損結構分析技術主要檢查半導體器件樣品的內部結構信息，通過X射線對半導體器件樣品的內部結構工藝進行觀察分析，與正品的內部結構工藝進行對比觀察；
[0049]具體的，如果呈現下列任何一種情況時，該批次半導體器件應視為不合格:
[0050]相同生產廠家、相同型號、相同生產批樣品引線框架形貌不一致；
[0051]相同生產廠家、相同型號、相同生產批樣品晶片定位、晶片尺寸不一致；
[0052]相同生產廠家、相同型號、相同生產批樣品引線鍵合定位不一致；
[0053]相同生產廠家、相同型號、相同生產批樣品鍵合絲數量不一致
[0054]鍵合絲斷絲。
[0055]步驟103:利用聲學掃描顯微鏡對半導體器件樣品包封材料的密度進行對比試驗，若出現相同送檢批次樣品的模塑化合物密度明顯不一致、樣品模塑化合物密度不均勻或明顯異常、樣品內部結構不一致其中任意一種情況，則判定為不合格，若均合格則進行步驟 104 ；
[0056]聲學掃描顯微鏡檢查(SAM)的無損分析技術主要檢查樣品的相對密度信息(聲波在不同介質中的傳播速度不同，反應到儀器上，在相同的時間段內，掃描後的圖像的波形和亮度有差別)；利用聲波在不同密度的介質中傳播速度不同的特性，藉助聲學掃描顯微鏡，對塑封樣品包封材料的密度進行對比試驗，以驗證其同批器件間的一致性，從中發現仿冒、翻新器件；
[0057]具體的，如果呈現下列任何一種情況，該批次半導體器件應視為不合格:
[0058]相同送檢批器件，模塑化合物的密度明顯不一致；
[0059]器件模塑化合物的密度不均勻或明顯異常；
[0060]相同生產廠家、相同型號、相同生產批樣品內部結構(如引線框架、晶片數量等)
不一致。
[0061]步驟104:對半導體器件樣品進行外部物理特徵耐溶劑試驗，若樣品出現損壞現象、塗覆層出現脫落、褪色、起皮、抹掉其中之一的現象，則判定為不合格，若均合格則進行步驟105 ；
[0062]針對仿冒、翻新手段中的二次噴漆塗覆，提出外部物理特徵耐溶劑試驗；將樣品浸入特殊有機溶劑中，如果器件存在二次噴漆塗覆的現象，塗覆層會脫落、褪色、抹掉；具體地可選實施方式包括:
[0063]將樣品浸入溶劑中，溫度在室溫即可；樣品在溶液中至少浸泡20min ;然後用規定的刷子，對樣品以通常的手壓力(約0.5N?0.6N)把樣品刷十次；
[0064]其中，溶劑應為有機溶劑，如丙酮、無水乙二胺等；
[0065]刷子應是一種牙刷，其柄由不與溶液反應的材料製成，刷子應由硬質長毛製成，毛的自由端應位於同一個水平面上，當出現變軟、彎曲、磨損、掉毛等跡象時，刷子就應更換。
[0066]步驟105:對半導體器件樣品進行內部工藝特徵分析，若晶片粘接材料、鍵合工藝、鍵合材料、晶片版圖信息、晶片工藝其中之一不符合原廠信息或不一致或出現鍵合絲斷絲或熔融、封裝殼體內部打磨痕跡、晶片電應力損傷，則判定為不合格，若均合格，則該批次半導體器件判定為合格產品。
[0067]所述內部工藝特徵分析技術包括內部物理特徵檢查一一樣品的內部製造工藝(鍵合工藝、鍵合絲材質、鍵合焊盤材質)、晶片版圖信息、晶片的製造工藝(晶片的材料、晶片的工藝)、晶片的粘接工藝；
[0068]具體包括:宏觀工藝檢查:仿冒集成電路由於其多是非原廠器件，故其內部工藝(如晶片粘接方式、晶片粘接材料、鍵合絲材料、鍵合工藝)與原廠正品器件的工藝存在差升;
[0069]微觀晶片工藝檢查:仿冒集成電路由於非原廠器件，其晶片版圖、晶片標識、晶片製造工藝等與原廠不同。翻新集成電路由於對產品的年代和質量等級等進行了掩蓋，可在開封後對其晶片版圖、晶片標識信息進行核查；
[0070]具體的，如果呈現下列任何一種情況，該批次半導體器件應視為不合格:
[0071]內部工藝:
[0072]晶片粘接材料不符合原廠信息及有關文件；
[0073]鍵合工藝不符合原廠信息及有關文件；
[0074]鍵合材料不符合原廠信息及有關文件；
[0075]樣品的晶片粘接材料與相同生產廠家、相同型號、相同生產批產品不一致；
[0076]樣品的鍵合工藝與相同生產廠家、相同型號、相同生產批產品不一致；
[0077]樣品的鍵合材料與相同生產廠家、相同型號、相同生產批產品不一致；
[0078]鍵合絲斷絲或熔融；
[0079]封裝殼體內部打磨痕跡；
[0080]晶片:
[0081]晶片版圖信息不符合原廠信息及有關文件；
[0082]晶片工藝不符合原廠信息及有關文件；
[0083]樣品的晶片版圖信息與相同生產廠家、相同型號、相同生產批產品不一致；
[0084]樣品的晶片工藝與相同生產廠家、相同型號、相同生產批產品不一致；
[0085]晶片的電應力損傷，如擊穿、模塑化合物碳化等。
[0086]從上面所述可以看出，本發明提供的半導體器件物理特性分析方法，用明確、嚴謹的試驗方法和判定依據，對半導體元器件的質量控制提供了新的方法，彌補了國內在此方面的空白；所述半導體器件物理特徵分析(PFA)方法是通過一系列無損分析技術和有損分析技術，來驗證半導體器件的標識、材料、結構、晶片版圖和製造質量是否符合規定所進行的一系列分析的全過程。
[0087]所屬領域的普通技術人員應當理解:以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種半導體器件物理特性分析方法，其特徵在於，包括: 對半導體器件樣品進行外部物理特徵分析，所述外部物理特徵包括引線、焊區、封裝殼體、封裝蓋帽、BGA封裝焊球、BGA封裝基板，其中任意一項出現瑕疵即判定為不合格，若均合格則進行下一步； 通過對半導體器件樣品的內部工藝結構在俯視方向和側視方向上分別照射X射線，分別得到半導體器件樣品的內部工藝結構在俯視方向和側視方向上的X射線照片，將其與半導體器件標準品的內部工藝結構的X射線照片進行對比觀察，若引線框架形貌、晶片定位、晶片尺寸、引線鍵合定位、鍵合絲數量中任意一項不一致或出現鍵合絲斷絲，則判定為不合格，若均合格則進行下一步； 利用聲學掃描顯微鏡對半導體器件樣品包封材料的密度進行對比試驗，若出現相同送檢批次樣品的模塑化合物密度明顯不一致、樣品模塑化合物密度不均勻或明顯異常、樣品內部結構不一致其中任意一種情況，貝1J判定為不合格，若均合格則進行下一步； 對半導體器件樣品進行外部物理特徵耐溶劑試驗，若樣品出現損壞現象、塗覆層出現脫落、褪色、起皮、抹掉其中之一的現象，則判定為不合格，若均合格則進行下一步； 對半導體器件樣品進行內部工藝特徵分析，若晶片粘接材料、鍵合工藝、鍵合材料、晶片版圖信息、晶片工藝其中之一不符合原廠信息或不一致或出現鍵合絲斷絲或熔融、封裝殼體內部打磨痕跡、晶片電應力損傷，則判定為不合格，若均合格，則該批次半導體器件判定為合格產品。
2.根據權利要求1所述的半導體器件物理特性分析方法，其特徵在於，所述半導體器件樣品的外部物理特徵耐溶劑試驗包括: 將半導體器件樣品浸入在室溫下的溶劑中； 浸泡至少20min ； 使用規定的刷子，以0.5N?0.6N的壓力將樣品重複刷十次； 其中，所述溶劑為有機溶劑，包括丙酮或無水乙二胺； 所述規定的刷子是一種牙刷，其柄由不與溶劑反應的材料製成；刷子由硬質長毛製成，毛的自由端應位於同一個水平面上；當出現變軟、彎曲、磨損、掉毛的跡象時，更換刷子。
【文檔編號】G01N19/04GK104458753SQ201410613638
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月4日 優先權日:2014年11月4日
【發明者】賀嶠 申請人:航天科工防禦技術研究試驗中心