對使用銅絲鍵合的功率MOSFET進(jìn)行失效分析

　　摘要：由于銅絲鍵合可以替代金鍵合，價格又便宜，正在被越來越多地應(yīng)用到微電子元器件當(dāng)中。目前的情況表明銅是可行的替代品，但是證明其可靠性還需要采用針對銅絲鍵合工藝的新型失效分析(FA)技術(shù)。

　　在本文中，我們將討論一些專門為使用銅絲技術(shù)的元器件而開發(fā)的新型失效分析技術(shù)和工序。我們會將解釋為什么銅絲的處理方式和金絲不一樣，并且以功率MOSFET器件為例，循序漸進(jìn)地了解失效分析的過程，保存對失效器件進(jìn)行有效分析所需要的所有證據(jù)。

　　開封問題

　　進(jìn)行失效分析要先打開零件，看是什么原因引起器件失效，主要問題就出在開封方法上。傳統(tǒng)的酸刻蝕開封方法并不適用于銅絲鍵合的產(chǎn)品，因?yàn)橄跛岬臒煔鈺?dǎo)致銅絲的快速刻蝕，即如圖1和圖2所示。

　　保持銅絲及鍵合的完整是不可或缺的。我們嘗試使用激光開封，去掉部分模塑料，再用酸刻蝕，露出晶片表面。發(fā)現(xiàn)這樣對銅絲和鍵合造成的破壞最小。

　　使用這種方法開封的器件見圖3。圖中顯示，銅絲和鍵合均完好無損，但有時化學(xué)處理可能正好洗掉失效的根源，所以，如果可能應(yīng)以離子束代替酸刻蝕。

　　銅絲鍵合和金屬層的殘留鋁

　　完整露出銅線后還需要對銅絲鍵合進(jìn)行研究，以便確定鍵合下金屬層的厚度。銅絲鍵合下面鋁層的最小厚度是影響銅絲鍵合產(chǎn)品的長期可靠性的關(guān)鍵因素。要詳細(xì)分析銅絲鍵合工藝的情況，聚離子束(FIB)是必不可少的失效分析工具。

　　我們開發(fā)了先平行拋光再用聚離子束橫切分析的方法，設(shè)計出一種不使用酸藥劑的失效分析工藝。圖5顯示，對模塑料進(jìn)行平行拋光，露出了晶片表面。因?yàn)樵谠瓉淼钠骷芯诺母叩筒皇呛芷秸宰笊辖且崖冻?，但有一層薄薄的模塑料還覆蓋著晶片的右下角。