电子元件失效分析技术PPT.ppt

二、电子元器件主要失效机理与相应的分析技术 2.1、分立半导体器件和集成电路共有的失效部位、机理和分析技术 2.2、超大规模集成电路（VLSI）的主要失效机理和分析技术 2.1、分立半导体器件和集成电路共有的失效部位、机理和分析技术 失效模式： 开路、短路和点参数漂移 失效部位和机理： 过电应力（EOS）损伤、静电放电（ESD）损伤、封装失效、引线键合失效、金属－半导体接触退化、钠离子沾污、氧化层针孔和芯片粘接失效等 2.1.1、过电应力（EOS）和静电放电（ESD）损伤的失效分析技术 EOS：电源开关瞬间、交流电源的电压波动或接地不良、雷击等情况下，器件受到瞬间高电压或大电流冲击，此时瞬时功率远远超过器件的额定功率，此类损伤属于过电应力损伤。 EOS损伤现象： 器件发生误动作、器件pn结或介质层漏电、甚至金属化互连线或内引线发热烧毁和开路等。 ESD：由于摩擦和感应作用，人和物体可能带有高压静电，带电体接触MOS器件、CMOS电路和双极器件、会引起介质层、pn结的潜在或明显的损伤。 EOS和ESD的失效分析方法 比较失效器件和正常器件不同管脚对地端和对电源端的I-V特性 打开封装对芯片进行镜检，寻找 内引线、金属化互连线的熔断点、pn结缺陷、金属热电迁移的痕迹。 对正常样品进行过电应力和静电放电损伤的模拟试验，比较实效器件和模拟器件的电测结果和显微图象。 各向同性腐蚀和各向异性腐蚀 金属 介质 1.7.3去除金属化层技术 用途： 观察CMOS电路的氧化层针孔和Al－Si互溶引起的PN结穿钉现象，以及确定存储器的字线和位线对地短路或开路的失效定位 配方： 30％的硫酸或盐酸溶液，30～50℃，该配方不腐蚀氧化层和硅。 1.7.4机械剖切面技术 一般步骤： 固定器件（石蜡、松香和环氧树脂Epoxy） 研磨（毛玻璃、粗砂纸） 粗抛光（金相砂纸） 细抛光（抛光垫加抛光膏） 染色 金相观察 测量结深的抛光染色图片 1.8显微形貌像技术 光学显微镜和扫描电子显微镜的比较 光学照片与SEM照片对比 1.9基于测量电压效应的失效定位技术 1.9.1、扫描电子显微镜的电压衬度像 工作原理 ：电子束在处于工作状态下的被测芯片表面扫描，仪器的二次电子探头接收到的电子数量与芯片表面的电位分布有关。从而得到包含器件中电极的电势信息的SEM图象（IFA Image－based Failure Analysis）。 判定内容：芯片的金属化层开路或短路失效。 1、某芯片的电压衬度像 2、应用电压衬度像做失效分析实例 现象描述：4096位MOS存储器在电测试时发现，从一条字线可以存取的64个存储单元出现故障，现只能存储“0”信号。 初步推断：译码电路失效，译码器与字线之间开路，0V或12V的电源线短路。 电压衬度像分析：照片中发现一处异常暗线，说明其电压为12V，而有关的译码器没有异常，说明字线与12V电源之间存在短路。由二次电子像证实，在铝条字线与多晶硅电源线之间的绝缘层中有一个小孔。 1.9.2芯片内部节点的波形测量 对比项目 优点 缺点 机械探针 简单方便 空间分辨率低带宽低，有侵扰 电子束探针 （EBT） 空间分辨率高，无侵扰 带宽低（30Mhz）需高真空 激光探针 （EOS） 简单方便，带宽高（100GHz），无侵扰 空间分辨率低（1um左右） 机械探针台 EBT测试原理 EBT在线检测的芯片照片 有信号时的照片 无信号时的照片 局部放大图片 有信号时的图象 无信号时的图象 EBT测试波形 参考信号 待测信号 斩波器 锁相放大器 示波器 监视器 二色镜 物镜 CCD 650nm激光器 偏振分束镜 Pianzhen 照明系统 Si探测器 GaP探头 待测电路 EOS激光测试系统 1.10基于测量电流效应的失效定位技术 1、显微红外热像分析技术 2、液晶热点检测技术 3、光辐射显微分析技术（PEM） (Photo Emission Microscope) 液晶热点检测的特点 1、速度快，大概10分钟就能做一次分析。 2、空间分辨率（1um）和热分辨率（3uw） 3、适用不良种类： 确定芯片能耗分布，确定漏电通道，PN结内不规则的电流分布，CMOS电路闩锁区域等 1.10.1显微红外热像分析技术 1、测试原理： 芯片通电过程中会发热，由于芯片各部位电流强度不同，导致芯片表面温度不同，红外热像仪扫描整个芯片，可以获得芯片温度分布图。输出图的颜色对应该点的温度。 2、仪器性能指标： 热分辨率0.1℃,空间分辨率5um，测温范围30℃～550℃,最灵敏温度范围80℃～180℃。 3、显微红外热像仪的应