（江苏长电科技股份有限公司 214437）
摘要：随着半导体封装工艺越来越多样，芯片种类也越来越多样化，对芯片切片是观察其内部结构的主要途径，特别是对于很多封装厂来说，由于缺乏对芯片结构的了解，在产品导入过程时，往往缺乏一些可以考量的依据，如：铝层厚度多少，芯片内部线路结构如何等等问题，而目前市场上针对裸芯片的切片往往采用精确剖面切片如聚焦离子束（FIB），价钱较为昂贵，时效性也很难把控。而且大部分芯片厂和封装厂都不具备这些条件，所以研究低成本的切片技术很有必要。本论文针对如何使用低成本的机械切片来观察芯片结构做了详细的研究和实验。
关键词：裸芯片；失效分析；机械切片
机械切片是一项低成本的切片技术，由于精度较低、操作步骤相对复杂，较少应用于芯片的结构的截面观察。为了在条件不足的情况下对芯片结构进行观察，本文对芯片切片做了详细的说明，该方法可满足大部分情况下对芯片结构观察的需要。
一.机械切片介绍
a)切片流程
机械切片主要包括取样，镶嵌，研磨和抛光。取样应根据被检样品的检验目的，还须考虑取样方法和样品是否需要装用夹具或镶嵌等。镶嵌的目的：根据样品材料和检测要求等，通过选择不同镶嵌材料来满足边缘，易碎样品保护及方便握持，目前半导体行业使用较多的是环氧树脂镶嵌，具有收缩率低，透明度高与试样附着好等优点。研磨和抛光的主要目的，使试样表面的损伤逐渐减小直到理论上为零的过程，获得光亮无划痕的金相表面。
b)研磨、抛光的详细步骤
研磨主要细分为粗磨、细磨、粗抛、精抛四个步骤。
粗磨：能够在几分钟内用尽可能细的磨削颗粒（磨粒），去除前道切割损伤层，并为后续工艺创建平整平面的过程。细磨是消除粗磨时产生的磨痕，为试样磨面的抛光做好准备。目前半导体行业研磨主要使用炭化硅砂纸，其优点是：磨光速率（单位时间除去金属重量）较高，变形层较浅，可以用水作为润滑剂进行湿磨，常用粒度为（P120~4000）（图1），也可依据磨料粒度尺寸对损伤层的影响选择砂纸粒度。抛光也分为两个阶段来进行：粗抛，这一阶段应具有最大的抛光速率，粗抛本身形成的变形层是次要的考虑，不过也应尽可能小，主要去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕。其次是精抛（又称终抛），其目的是除去粗抛产生的变形层，使之成为光滑、无痕的镜面。常规使用氧化物悬浮液进行抛光，磨料颗粒坐落在较软的抛光织物上在抛光过程中能上下起落使其作用在试样表面上的应力不足以产生划痕。研磨和抛光的差异在于，研磨的目的是去除材料表面，直到达所需观察的内部结构位置，而抛光几乎不进行材料的去除，而是去除最后一道研磨工序所产生的材料表面的损伤层，使材料表面变得平整，易于观察，并在材料表面产生一层较薄的塑形变形层。
图1 磨料粒度对照表&磨料粒度尺寸对损伤层的影响
二.裸芯片机械切片的难点
裸芯片目前主要成分还是以硅为主，而且体积较小，材质较脆，妍磨过程中容易碎裂，所以产品机械研磨必须镶嵌后才能进行，但是芯片镶嵌后样品凝固在镶嵌树脂内，无法看不到样品状态和压区位置，不能有效定位。而且芯片表面金属层以铝为主，具有延展性，在抛光研磨过程中，抛光布摩擦作用会导致芯片铝层产生延展甚至脱落，导致研磨失败。
三．裸芯片机械切片方法改进
1.镶嵌方法改进
不用镶嵌夹具，引入盖玻片进行操作。使用大小18mm*18mm厚度0.15mm的盖玻片，将芯片用双面胶粘合在盖玻片上。将芯片非研磨区域用双面胶黏在盖玻片上，必须保持芯片研磨区域干净且与盖玻片贴合，否则研磨的时候双面胶的残胶会溢到芯片截面影响观察。重点注意芯片正面与盖玻片贴合起来（图2）。
芯片镶嵌过程中尽量靠近模块边缘，越靠近边缘，固化后的树脂越薄芯片表面线路越清晰，更有利于研磨时准确定位，解决了裸芯片研磨无法定位的问题。而纯铝的莫氏硬度为2.75，载玻片为玻璃莫氏硬度为6，在研磨过程中载玻片也起到了一定的保护作用。
图2
2.研磨、抛光方法改进
针对延展的问题，对于较软的金属，应用更细的砂纸磨光后再抛光。因为试样靠近树脂边缘，所以裸芯片的研磨直接用P2400砂纸进行研磨,靠近切割位置还有一点距离时（≤5um）时使用4000目砂纸。需要注意新砂纸产生的变形层较深，但经过磨50-100下之后就基本不变，磨光速率则随着使用次数的增加而下降。因此新砂纸稍加使用后处于最佳使用状态。后续按照（6um，3um，1um，0.05um）进行抛光处理，需注意在手工机械切片过程中，研磨盘的转速，样品的压力和样品表面是否有保护都会影响切片的最终成果。在改善镶嵌方式、改用细砂纸，样品表面压力目前只能依靠工程师经验的基础上，调整研磨盘转盘，经过试验得出，常规铝工艺芯片转速需控制在80~100RPM,能够更好的保证铝层的平整。（表1）
表1 不同转速下铝层状态情况
利用盖玻片及改良切片方式后切割指定压区的研磨图片，可以看出铝层平整，线路结构清洗，效果较好，甚至连FAB厂压区针印测试痕迹都可以清楚看出。
四、结论
本文主要通过改变目前切割裸芯片方法，有效解决了之前研磨存在的无法定位，铝层脱开，延展等问题，大大提高了客户满意度，也解决了时效性的问题，最主要的是降低了研磨切片成本。
参考文献：
［1］金波.基于研磨抛光切片技术的芯片结构观察研究—微电子学 ,2012.
［2］杨杰， 曾旭， 李树刚. 半导体硅材料研磨液研究进展[J].广东化工,2009.
论文作者:赵华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/13
标签：芯片论文; 切片论文; 盖玻片论文; 砂纸论文; 样品论文; 表面论文; 试样论文; 《电力设备》2018年第17期论文;