用于半导体封装故障分析的仪器和方法与流程

背景技术：

1、不断增加的半导体密度要求导致了被称为“先进封装(advanced packages)”的装置，其由容纳在单个封装内的多个集成电路组成。这些封装正在成为在单独的微电路上增加密度的优选替代方案。先进封装也被用于在需要具有更多功能的超薄封装的移动装置中。

2、与每个封装单个装置相比，在单个封装中集成多个管芯会引入不同的过程开发问题和故障模式。这些包括：由于与相互扩散和脆性形成相关联的冶金，硅装置之间的互连故障；经由绝缘套管的穿硅裂纹引起硅短路；装置中的应力引起装置分层，这是由于它们弯曲拉开堆叠的装置；过热；以及互连的偏差。在某些情况下，封装容纳(packaging houses)不是堆叠管芯，而是堆叠晶圆并在堆叠过程完成后进行切割。在这种情况下，距离晶圆堆中心的小偏差会朝向晶圆边缘变大。

3、识别上述许多故障模式的根本原因，需要对封装进行点横切。然而，许多传统的故障分析技术无法在大到50mm x 50mm以及6mm厚的先进封装中做出横截面。

4、例如，聚焦离子束(focused ion beam,fib)(ga或等离子体)的横截面深度不能超过几百微米，更不用说在先进封装中找到故障的根本原因可能需要的深度。宽氩束(broadargon beam)工具缺乏在合理时间内产生长度>10mm以及深度>2mm的抛光区域的电流。当前唯一的解决方案是慢速、低损害的锯。然而，由于存在应力和不同材料，这种技术常常会产生分层和裂纹。

技术实现思路

技术特征：

1.用于利用激光束铣削样品的仪器，包括：

2.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述激光器以有限数量脉冲的脉冲串开启，并且其中，所述有限数量脉冲的脉冲串以固定重复频率重复。

3.根据权利要求2所述的仪器，其中，重复的脉冲串中的每一个的长度在2和50个脉冲之间。

4.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述脉冲激光器具有在1和50瓦之间的功率。

5.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述脉冲激光器的波长在1050纳米(nm)和350nm之间。

6.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述脉冲激光器具有在250飞秒和750皮秒之间的脉冲长度。

7.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述f-theta透镜配置为在样品处产生10微米和100微米之间的束斑大小。

8.根据权利要求1所述的仪器，还包括：相机和分束器，所述分束器配置为将所述脉冲激光束传输到样品以及配置为将样品的图像传输到所述相机。

9.根据权利要求1所述的仪器，还包括：用于浸没样品的液体浴槽，所述液体浴槽包括再循环系统，所述再循环系统包括过滤器以从液体移除气泡。

10.根据权利要求9所述的仪器，其中，所述再循环系统配置为维持以下中的一个：

11.根据权利要求1所述的仪器，还包括：气体提取器，所述气体提取器配置为将等离子体羽流从样品的烧蚀引导到气体分析器。

12.根据权利要求1所述的仪器，还包括：光检测器，所述光检测器位于样品下方以及配置为在所述脉冲激光束已经切穿样品之后感测所述脉冲激光束。

13.使用脉冲激光器以在包含一个或多个集成电路的封装中切割横截面的方法，包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述脉冲激光束以一系列脉冲的脉冲串被激发，每个脉冲串的持续时间在2和50个脉冲之间。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述脉冲激光束具有在1和50瓦之间的功率水平、在250fs和750ps之间的脉冲时间、在1050nm和350nm之间的波长、以及封装处的在10微米和100微米之间的斑大小。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：在区域已被脉冲激光束烧蚀之后暂停所述暴露以允许液体流到封装的所述区域中，以及在液体已经充满所述区域之后恢复所述暴露。

17.根据权利要求13所述的方法，还包括：

18.根据权利要求13所述的方法，还包括：

19.根据权利要求13所述的方法，还包括：

20.用于利用激光束在半导体封装中铣削横截面的仪器，包括：

技术总结
描述了用于铣削样品的脉冲激光仪器。该仪器包括：脉冲激光器、用于来自脉冲激光器的束扫描跨越样品的扫描头，以及用于将扫描束聚焦到样品上的F‑theta透镜。该仪器还可包括：用于在液体(诸如水)下铣削样品的液体浴槽。还描述了脉冲激光铣削的方法。

技术研发人员：S·T·科伊尔,T·C·霍斯曼,J·A·亨特,M·P·哈塞尔-希勒
受保护的技术使用者：加坦公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13