怎么進(jìn)行集成電路失效分析?干貨整理分享

一般來說，集成電路在研制、生產(chǎn)和使用過程中失效不可避免，隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性要求的不斷提高，失效分析工作也顯得越來越重要，通過芯片失效分析，可以幫助集成電路設(shè)計(jì)人員找到設(shè)計(jì)上的缺陷、工藝參數(shù)的不匹配或設(shè)計(jì)與操作中的不當(dāng)?shù)葐栴}。

集成電路失效分析步驟：

1. 開封前檢查，外觀檢查，X光檢查，掃描聲學(xué)顯微鏡檢查。

2. 開封顯微鏡檢查。

3. 電性能分析，缺陷定位技術(shù)、電路分析及微探針分析。

4. 物理分析，剝層、聚焦離子束(FIB)，掃描電子顯微鏡(SEM)，透射電子顯微鏡(SEM)、VC定位技術(shù)。

一、無損失效分析

1.外觀檢查，主要憑借肉眼檢查是否有明顯缺陷，如塑脂封裝是否開裂，芯片引腳是否接觸良好。

2.X射線檢查，就是利用X射線的透視性能對被測樣品進(jìn)行X射線照射，樣品缺陷部份會吸收X射線，導(dǎo)致X射線照射成像出現(xiàn)異常。X射線主要檢查集成電路引線是否損壞問題。根據(jù)電子元器件的大小和結(jié)構(gòu)選擇合適的波長，這樣能得到合適的分辨率。

3.掃描聲學(xué)顯微鏡探測，就是利用超聲波探測樣品內(nèi)部缺陷，依據(jù)超聲波的反射找出樣品內(nèi)部缺陷所在位置，這種方法主要用主集成電路塑封時(shí)水氣或者高溫對器件的損壞，這種損壞常為裂縫或者脫層。

二、有損失效分析

1. 打開封裝

有損失效分析，首先是對集成電路進(jìn)行開封處理，開封處理要做到不損壞芯片內(nèi)部電路。根據(jù)對集成電路的封裝方式或分析目不同，采取相應(yīng)的開封措施。通常有三種打開封裝方法。

方法一，全剝離法，此法是將集成電路完全損壞，只留下完整的芯片內(nèi)部電路。缺陷是由于內(nèi)部電路和引線全部被破壞，無法再進(jìn)行電動態(tài)分析 。

方法二，局總?cè)コǎ朔ㄊ抢醚心C(jī)研磨集成電路表面的樹脂直到芯片。優(yōu)點(diǎn)是開封過程中不損壞內(nèi)部電路和引線，開封后可以進(jìn)行通電電動態(tài)分析。方法三，是全自動法，此法是利用硫酸噴射達(dá)到局部去除的效果。

2.電性分析

①缺陷定位，定位具體失效位置在集成電路失效分析中，是一個(gè)重要而困難的項(xiàng)目，缺陷定位后才能發(fā)現(xiàn)失效機(jī)理及缺陷特征。

a.Emission顯微鏡技術(shù)，具有非破壞性和快速精準(zhǔn)的特性。它使用光電子探測器來檢測產(chǎn)生光電效應(yīng)的區(qū)域。由于在硅片上產(chǎn)生缺陷的部位，通常會發(fā)生不斷增長的電子--空穴再結(jié)全而產(chǎn)生強(qiáng)烈的光子輻射。

b. OBIRCH技術(shù)是利用激光束感應(yīng)材料電阻率變化的測試技術(shù)。對不同材料經(jīng)激光束掃描，可得到不同材料電阻率變化，這一方法可以測試金屬布線內(nèi)部的那些可靠性隱患。

C.液晶熱點(diǎn)檢測一般由偏振顯微鏡，可調(diào)節(jié)溫度的樣品臺，以及控制電路構(gòu)成。在由晶體各向異性變?yōu)榫w各向同性時(shí)，所需要的臨界溫度能量很小，以此來提高靈敏度。同時(shí)相變溫度應(yīng)控制在30-90度，偏振顯微鏡要在正交偏振光的使用，這樣可以提高液晶相變反應(yīng)的靈敏度。

②電性能分析(探針臺)

根據(jù)飾電路的版圖和原理圖，結(jié)合芯片失效現(xiàn)象，逐步縮小缺陷部位的電路范圍，最后利用微探針顯微技術(shù)，來定位缺陷器件。

③微探針檢測技術(shù)

微探針的作用是測量內(nèi)部器件上的電參數(shù)值，如工作點(diǎn)電壓、電流、伏安特性曲線。微探針技術(shù)一般伴隨電路分析配合使用，兩者可以較快地搜尋失效器件。

三、物理分析

1. 聚焦離子束(FIB)

就是利用電鏡將離子聚焦成微波尺寸的切割器。聚焦離子束系統(tǒng)由離子源，離子束聚焦和樣品臺組成。聚焦離子束的主要應(yīng)用是對集成電路進(jìn)行剖面，傳統(tǒng)的方法是手工研磨或采用硫酸噴劑，這兩種方法雖說都可以得到剖面，但在日益精細(xì)的集成電路中，手工操作速度慢而且失誤率高，所以，此這種方法顯然不適用。聚焦離子束的細(xì)微精準(zhǔn)切割，結(jié)合掃描電鏡的高分辨率成像，可以很好地解決剖面問題。聚焦離子束對被剖面的集成電路沒有限制，定位精度可以達(dá)到0.1um以下，同時(shí)剖面過程過集成電路愛到的應(yīng)力很小，完整地保存集成電路，使檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2. 掃描電子顯微鏡(SEM)

就是利用聚焦離子束轟擊器件面表，面產(chǎn)生許多電子信號，將這些電子信號放大作為調(diào)制信號，連接顯示器，可得到器件表面圖像。

3.透射電子顯微鏡(TEM)

透射電子顯微鏡分辨率可以達(dá)到0.1nm，透射電子顯微鏡可以清晰地分析器件缺陷，更好地滿足集成電器失效分析對檢測工具的解析要求。

4. VC定位技術(shù)

利用Emission/OBIRCH/液晶技術(shù)來定位集成電路中的失效器件，在實(shí)際應(yīng)用中熱點(diǎn)的位置往往面積偏大，甚至?xí)x失效點(diǎn)幾十個(gè)微米，這就需要一種更精確的定位技術(shù)，可以把失效范圍進(jìn)一步縮小。VC定位技術(shù)是利用SEM或FIB的一次電子束或離子束在樣品表面進(jìn)行掃描。硅片表面不現(xiàn)部位有不同電勢，表現(xiàn)出來不同的明亮對比，找出導(dǎo)常亮的點(diǎn)從而定位失效點(diǎn)。

四、集成電路失效分析步驟

1. 開封前檢查，外觀檢查，X光檢查，掃描聲學(xué)顯微鏡檢查。

2. 開封顯微鏡檢查。

3. 電性能分析，缺陷定位技術(shù)、電路分析及微探針分析。

4. 物理分析，剝層、聚焦離子束(FIB)，掃描電子顯微鏡(SEM)，透射電子顯微鏡(SEM)、VC定位技術(shù)。

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