引言
人工智能、5G通信及深空探测等新兴技术与场景的快速发展，对集成电路封装提出了高引出端密度、小尺寸、多功能、低成本等要求［1］，由此，封装形式不断向着倒装、系统级集成和三维封装等方向发展。随着互连结构尺寸不断缩小、内部层级结构趋于复杂，传统失效分析技术存在明显局限性，如图1所示，二维X射线检测只能给出投影方向上的叠加图像，难以精确定位微小三维特征；超声扫描成像分辨率和穿透能力有限，难以清晰分辨高密度互连细节；金相切片虽能提供高分辨的截面形貌和成分信息，但因为具有破坏性只能提供某一特定截面的形貌，难以原位观察失效点变化过程，且样品制备过程复杂、耗时，对单一样品分析的限制极大；聚焦离子束(FIB)技术可在纳米尺度进行定点加工和成像，但其视野小、耗时长、成本高；扫描电子显微镜(SEM)仅探测样品表面，对表面电荷敏感；透射电子显微镜仅适用于5~100 nm的薄切片样品。此外，传统失效分析方法进行三维成像时电子穿透力差，需要交替进行单层成像与破坏性离子去层来优化带电粒子与物质相互作用，容易产生切割痕迹、电荷效应以及分辨率各向异性等问题［2］。
图1传统失效分析技术
X射线是一种波长介于0.01~10 nm之间的电磁辐射，通常将光子能量高于5~10 keV的X射线称作硬X射线，低于该能量的X射线称作软X射线［3］。硬X射线波长短，穿透能力强，可穿透封装外壳、芯片衬底及多层互连介质。基于X射线透射投影的计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)成像技术，借助迭代重构算法，如图2所示，能够在不破坏样品的条件下获得封装内部结构的三维图像，直观呈现互连结构形貌，精确识别和定位缺陷，并为后续定点破坏性分析提供引导，从而提高失效分析的效率和成功率。近年来，CT成像技术在集成电路领域的研究不断深入。2017年，Holler等人［4］首次将叠层衍射CT成像技术用于集成电路成像，借助同步辐射光源获得14.6 nm的各向同性三维分辨率，完成了多款芯片的三维重构与材料区分。2024年，Aidukas等人［2］通过技术优化将分辨率提高到4.2 nm，大幅提升了采集速度与景深，实现了7 nm节点芯片的高分辨成像及材料分割；X射线发光延伸成像(XrLEI)则与叠层衍射CT成像技术形成互补，适配多种特殊样品的成像需求［5］。
图2基于X射线的集成电路三维内部成像［2］
本研究基于微焦点X射线源的工业CT成像技术，针对集成电路封装内部的互连结构开展失效分析，结合键合电路与倒装电路的典型失效案例，总结分析了CT成像在先进封装互连失效分析中的作用与发展方向。
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作者信息：
连志强1，路文墨2，李冬梅2，祝建彬2
(1.纳克微束［北京］有限公司,北京100176;
2.北京微电子技术研究所,北京100076)
