集成电路电故障隔离技术的研究.pdfVIP

集成电路电故障隔离技术研究 李兴鸿林建京罗飞茵马明朗梁云 北京微电子技术研究所 北京9243信箱，100076 摘要集成电路失效后要进行故障隔离定位．功能复杂和线条细、布线层教多的集成电路以及倒 装焊的电路要进行故障定位非常困难，充分应用电测试来进行故障定位是最可行的故障定位方 法，要实现有效的电隔离定位在设计时就要考虑好可测性设计，可失效分析设计，要了解测试过 程以及基本的测试向量生成方法，通过对测试结果的分析以及使用故障诊断程序来进行故障隔离 定位．本文对电故障隔高定位涉及到的主要技术进行了较全面的总结． 关键词故障隔离电失效分析可测性设计可失效分析设计 1．引言。’ 』 失效分析中一般是要先通过电测试的方法验证电路是否确实失效，在确认失效后要进行 Localization)和故障隔离(FaultIsolation) 故障隔离定位。一般地，故障定位(Fault 指的是同一个意思，都表示在逻辑层面的缺陷的隔离定位，有时也称为为电失效分析(EFA)， 相对地，缺陷定位(DefectLocalization)指的是在物理空间缺陷的隔离定位。 集成电路结构和功能的日益复杂，晶体管尺寸的不断缩小，金属布线层的不断增多，新 材料新工艺新封装技术的不断涌现，给失效分析带来了巨大的挑战，特别是由于高密度封装 采用的倒装焊技术，使得传统的芯片正面观察分析技术已很难满足失效分析的需要。 。 从故障定位来讲，首先要进行宏观的故障定位，将故障定位在某些模块，如I／O、用户 定义逻辑、存储器、AD或DA等等，然后再根据具体模块的情况再进行故障位置的追踪， 直到某些节点，这样把故障限制在一个小范围内，在此基础上才有可能用如光辐射显微镜， 电子束探针，离子束探针，扫描电镜，激光扫描显微镜进行物理分析。因为物理分析具有一 定的破坏性、比较慢、代价较高，如果不预先限定故障位置，实际分析起来盲目性比较大， 容易引入新的失效机制，此外因为观察的时间长，分析人员很快就会疲劳。 所以要做好复杂集成电路的失效分析，首先就要很好地进行电故障隔离定位，否则有可 能导致分析试验中途终止，因此电故障隔离定位或电失效分析是十分重要的。 集成电路故障隔离定位基于集成电路的设计技术和测试技术。从寻找失效机理来讲，希 望从电测试分析中把故障隔离定位到门级或管子级，因此必须对集成电路的设计技术和测试 技术以及相关的知识有较深入的了解才行，这样在实践中才能有目的地和设计与测试进行有 效的交流，最终实现复杂电路的故障定位并利用各种物理失效分析工具进行失效机理分析。 在此，结合课题研究，对超大规模集成电路有关电故障隔离定位方面的知识做一简述。 2．电故障隔离基础知识 2．1故障模型及故障检测 集成电路要进行电隔离故障定位就要进行测试，测试过程中有功能测试、参数测试、结 ·87． 构测试等，根据电路测试生成时给出的测试图形(即施加向量和测试响应的组合)，测试时 给被测电路施加测试向量和对测试结果进行分析比较，从而检查出电路中是否有故障，如果 有故障通过故障诊断程序最好能回溯到电路结构中的某些模块或节点实现故障定位。 缺陷(defect)是指实际的物理系统与所设计的系统之间存在的差异。国军标中定义为 外形、装配、功能或工艺不符合规定的要求即构成缺陷。缺陷可能是在制造中产生的，也可 能是在使用中产生的。常见的集成电路引线或金属布线的断路、短路、划伤就是缺陷。 差错(error)是指有缺陷的系统在运行中产生错误的信号。差错是由缺陷引起的，但缺 陷在某些条件下并不引起差错。只有缺陷引起差错时通过测试我们才有可能发现它。但对产 品可靠性来讲，缺陷对可靠性是有影响的，要尽量减少缺陷。 故障(fault)在可靠性术语中描述为产品或产品一部分不能或将不能完成预定功能的事 件或状态。故障通常是产品本身失效后的状态，但也可能在失效前