一种半导体芯片局部失效区域的选择性保护方法与流程

本发明涉及半导体芯片失效分析，尤其涉及一种半导体芯片局部失效区域的选择性保护方法。

背景技术：

1、随着半导体制造工艺向先进制程及三维先进封装方向的发展，芯片内部集成了日益复杂的多层金属互连结构（如铜互连层、钴互连层）以及高密度微纳器件。在对该类半导体芯片进行失效分析时，通常需要借助机械研磨、化学机械抛光或离子束去层等工艺对芯片样品进行逐层去除，以暴露目标层次中的缺陷区域并实施观察与分析。在实际工程中，同一失效芯片内部往往存在多个位于不同去层深度层次或不同平面位置的待分析目标失效区域。

2、然而，现有的去层分析方法大多采用对芯片直接连续研磨的方式，缺少对已暴露区域的有效防护手段；当第一目标失效区域暴露后继续对第二目标失效区域实施去层加工时，已暴露的第一目标失效区域极易受到后续去层机械力、研磨碎屑及化学介质的二次破坏与污染，导致无法在同一芯片样品上实现多个目标失效区域的阶梯式无损暴露与协同分析。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种半导体芯片局部失效区域的选择性保护方法，旨在改善无法在同一芯片样品上实现多个目标失效区域的阶梯式无损暴露与协同分析的问题。

2、本发明提供了如下技术方案，一种半导体芯片局部失效区域的选择性保护方法，包括：

3、s01、获取待处理的半导体芯片，确定所述半导体芯片中的第一目标失效区域与第二目标失效区域，其中，所述第一目标失效区域与所述第二目标失效区域处于不同的去层深度层次或不同的平面位置；

4、s02、对所述半导体芯片施加第一去层次处理，直至所述第一目标失效区域暴露；

5、s03、对暴露出的所述第一目标失效区域表面实施清洁处理，随后在所述第一目标失效区域表面施加可剥离防护介质并进行压合，使所述可剥离防护介质覆盖所述第一目标失效区域及其周围区域；

6、s04、在所述第一目标失效区域被所述可剥离防护介质覆盖的状态下，对所述半导体芯片施加第二去层次处理，直至所述第二目标失效区域暴露；

7、s05、剥离所述可剥离防护介质并对所述第一目标失效区域进行表面清洗，随后对所述第一目标失效区域和所述第二目标失效区域分别进行失效分析。

8、较佳的，步骤s01中，在确定所述第一目标失效区域与所述第二目标失效区域之前，还包括前置开封与去金属化流程：

9、采用浓酸试剂腐蚀去除所述半导体芯片外围的封装树脂，暴露芯片本体与芯片焊盘；

10、随后依次采用第一酸性试剂腐蚀去除顶层金属层，以及采用第二酸性试剂腐蚀去除下层互连金属层；

11、并在各腐蚀步骤之间施加水洗与烘干处理。

12、较佳的，步骤s02与步骤s04中，对所述半导体芯片施加去层次处理的流程包括：

13、先采用化学机械抛光对所述半导体芯片实施全局粗去层，去除上层介质；

14、当去层深度接近目标层次时，切换为离子束去层；

15、对目标层次附近区域实施局部精细削减，直至目标失效区域暴露。

16、较佳的，步骤s03中，所述对暴露出的所述第一目标失效区域表面实施清洁处理的流程包括：

17、采用惰性气体对所述第一目标失效区域表面实施定向吹扫；

18、随后采用极性有机溶剂对所述第一目标失效区域实施冲洗；

19、冲洗完成后，对其表面实施脱水烘干。

20、较佳的，步骤s03中，当所述可剥离防护介质选自液态高分子防护材料时，施加流程包括：

21、在所述第一目标失效区域表面点涂所述液态高分子防护材料；

22、控制所述液态高分子防护材料向外围流动铺展，使其在与外围基底的交界边缘处形成呈斜坡形态的过渡台阶结构；

23、随后施加预固化处理，形成具备可剥离柔韧性的防护薄膜。

24、较佳的，当所述可剥离防护介质选自紫外光减粘胶膜时，流程包括：

25、在步骤s03中，将所述紫外光减粘胶膜放置于所述第一目标失效区域上方，并施加压附力驱离界面气体，使所述紫外光减粘胶膜与所述第一目标失效区域及其周边基底紧密贴合；

26、在步骤s05中，采用紫外光照射所述紫外光减粘胶膜，随后沿与芯片表面呈倾斜夹角的方向施加物理揭离。

27、较佳的，步骤s04中，在施加所述第二去层次处理的过程中，对去层机械力的控制流程包括：

28、调整去层工具的运动轨迹，使去层机械力的作用方向顺应所述可剥离防护介质的边缘坡度铺展方向；

29、且控制所述去层机械力小于可剥离防护介质与基底之间的界面贴合揭离力。

30、较佳的，步骤s05中，对所述第一目标失效区域进行表面清洗的流程包括：

31、采用与所述第二目标失效区域相容的混合有机溶剂对揭离后的所述第一目标失效区域实施浸泡或喷淋；

32、配合超声波清洗，去除残留胶体；

33、清洗完成后，采用干燥气体将所述第一目标失效区域表面吹干。

34、较佳的，步骤s05中，对所述第一目标失效区域和所述第二目标失效区域分别进行失效分析的流程包括：

35、采用微观观察设备对所述第一目标失效区域与所述第二目标失效区域实施表面形貌观察；

36、对所述第一目标失效区域与所述第二目标失效区域实施截面减薄制样；

37、对制备的截面薄片中的晶体结构及界面元素分布进行测量与分析。

38、较佳的，所述第一目标失效区域与所述第二目标失效区域处于同一芯片的不同层次或不同位置，且所述第一目标失效区域包含铜互连结构、钴互连结构或低介电常数介质层。

39、本发明具有如下有益效果：

40、1、本发明中，通过在第一目标失效区域暴露后在其表面施加可剥离防护介质进行局部封育，并在封育状态下继续实施第二去层次处理，实现了对同一芯片不同层次或不同位置的多个目标失效区域的梯级暴露与协同分析，解决了传统失效分析中暴露某一区域即导致已暴露区域遭受二次破坏或污染、无法在同一芯片样品上进行多点连续取样的技术问题。

41、2、本发明中，通过将去层工具的运动轨迹调整为顺应防护介质边缘坡度的铺展方向，并将去层机械力严格控制在低于防护介质与基底的界面贴合揭离力范围内，实现了在去层过程中对防护介质边缘应力集中与机械剥离的有效抑制，解决了去层加工过程中防护介质易发生边缘卷边、渗液、错位或脱落而导致局部防护失效的问题。

42、3、本发明中，通过采用全局化学机械抛光粗去层与局部离子束纳米级精细削减相结合的梯级去层策略，并配合腐蚀动力学与抛光/溅射速率公式的定量调控，实现了去层效率与去层精度的兼顾，解决了单一去层方式难以同时满足大体积介质快速去除与目标层次纳米级精准停抛、极易造成过度去层损坏失效现场的问题。

43、4、本发明中，通过利用紫外光照射使减粘胶膜交联收缩降低粘性、配合倾斜角度进行低能量揭离，并采用高兼容性混合有机溶剂配合低功率超声波实施清洗，实现了防护介质的无损剥离与界面残胶的彻底清除，解决了防护介质揭离时物理拉伤下方微纳结构以及残胶清洗剂侵蚀低介电常数介质层或铜/钴互连结构的问题。