失效分析常用工具介紹；透射電鏡（TEM）；TEM一般被使用來(lái)分析樣品形貌（morholog；與TEM需要激發(fā)二次電子或者從樣品表面發(fā)射的電子；然后用這種電子束轟擊樣品，有一部分電子能穿透樣品；對(duì)于晶體材料，樣品會(huì)引起入射電子束的衍射，會(huì)產(chǎn)生；對(duì)于TEM分析來(lái)說(shuō)為關(guān)鍵的一步就是制樣；集成電路封裝的可靠性在許多方面要取決于它們的機(jī)械；俄歇電子（AugerAna

失效分析工具介紹失效分析常用工具介紹

透射電鏡（TEM）

TEM一般被使用來(lái)分析樣品形貌（morhology），金相結(jié)構(gòu)（crystallographic structure）和樣品成分分析。TEM比SEM系統(tǒng)能提供更高的空間分辨率，能達(dá)到納米級(jí)的分辨率，通常使用能量為60-350keV的電子束。

與TEM需要激發(fā)二次電子或者從樣品表面發(fā)射的電子束不同，TEM收集那些穿透樣品的電子。與SEM一樣，TEM使用一個(gè)電子槍來(lái)產(chǎn)生一次電子束，通過(guò)透鏡和光圈聚焦之后變?yōu)楦?xì)小的電子束。

然后用這種電子束轟擊樣品，有一部分電子能穿透樣品表面，并被位于樣品之下的探測(cè)器收集起來(lái)形成影像。

對(duì)于晶體材料，樣品會(huì)引起入射電子束的衍射，會(huì)產(chǎn)生局部diffraction intensity variations，并能夠在影像上非常清晰的顯現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于無(wú)定形材料，電子在穿透這些物理和化學(xué)性質(zhì)都不同的材料時(shí)，所發(fā)生的電子散射情況是不相同的，這就能形成一定的對(duì)比在影像觀察到。

對(duì)于TEM分析來(lái)說(shuō)為關(guān)鍵的一步就是制樣。樣品制作的好壞直接關(guān)系到TEM能否有效的進(jìn)行觀察和分析，因此，在制樣方面多加努力對(duì)于分析者來(lái)說(shuō)也是相當(dāng)必要的工作。 掃描聲學(xué)顯微鏡

集成電路封裝的可靠性在許多方面要取決于它們的機(jī)械完整性.由于不良鍵合、孔隙、微裂痕或?qū)娱g剝離而造成的結(jié)構(gòu)缺陷可能不會(huì)給電性能特性帶來(lái)明顯的影響,但卻可能造成早期失效.C模式掃描聲學(xué)顯微鏡(C—SAM)是進(jìn)行IC封裝非破壞性失效分析的工具,可為關(guān)鍵的封裝缺陷提供一個(gè)快速、全面的成象.并能確定這些缺陷在封裝內(nèi)的三維方位.這一C—SAM系統(tǒng)已經(jīng)在美國(guó)馬里蘭州大學(xué)用于氣密性(陶瓷)及非氣密性(塑料)IC封裝的可靠性試驗(yàn)。它在塑料封裝常見(jiàn)的生產(chǎn)缺陷如:封裝龜裂、葉片移位、外來(lái)雜質(zhì)、多孔性、鈍化層龜裂、層間剝離、切斷和斷裂等方面表現(xiàn)出

俄歇電子（Auger Analysis ）

是一種針對(duì)樣品表面進(jìn)行分析的失效分析技術(shù)。Auger Electron Spectroscopy 和Scanning Auger Microanalysis（微量分析） 是兩種Auger Analysis 技術(shù)。這兩種技術(shù)一般用來(lái)確定樣品表面某些點(diǎn)的元素成分，一般采取離子濺射的方法（ion sputtering），測(cè)量元素濃度與樣品深度的函數(shù)關(guān)系。Auger depth可以被用來(lái)確定沾污物以及其在樣品中的所在未知。它還可以用來(lái)分析氧化層的成分（composition of oxide layers），檢測(cè)Au－Al鍵合強(qiáng)度以及其他諸如此類的。

與EDX或EDX的工作原理基本類似。先發(fā)射一次電子來(lái)轟擊樣品表面，被撞擊出來(lái)的電子處于一個(gè)比較低的能量等級(jí)（low energy levels）。而這些能級(jí)較低的空能帶就會(huì)迅速被那些能量較高的電子占據(jù)。而這個(gè)電子躍遷過(guò)程就會(huì)產(chǎn)生能量的輻射，也會(huì)導(dǎo)致Auger electrons（俄歇電子）的發(fā)射。所發(fā)射的俄歇電子的能量恰好與所輻射出的能量相一致。一般俄歇電子的能量為50-2400ev之間。

在Auger Analysis 中所使用的探測(cè)系統(tǒng)一般要測(cè)量每一個(gè)發(fā)射出的俄歇電子。然后系統(tǒng)根據(jù)電子所帶的能量不同和數(shù)量做出一個(gè)函數(shù)。函數(shù)曲線中的峰一般就代表相應(yīng)的元素。

FTIR Spectroscopy（Fourier Transform Infrared）

FTIR顯微觀察技術(shù)是一種可以提供化學(xué)鍵合以及材料的分子結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息的失效分析技術(shù)，不論對(duì)象是有機(jī)物還是無(wú)機(jī)物。通常被用來(lái)確定樣品表面的未知材料，一般是用作對(duì)EDX分析的補(bǔ)充。

這套系統(tǒng)的工作原理是基于不同物質(zhì)中的鍵或鍵組（bonds and groups of bonds）都有自身固定的特征頻率（characteristic frequency）。不同的分子，當(dāng)暴露在紅外線照射之下時(shí)，會(huì)吸收某一固定頻率（即能量）的紅外線，而這個(gè)固定頻率是由分子的本身特性決定。樣品發(fā)射和反射的不同頻率的紅外線會(huì)被轉(zhuǎn)換成為許多能量峰（peaks）的組合。后根據(jù)由FTIR得到的能譜圖（spectral pattern）進(jìn)行分析來(lái)進(jìn)行確定是那種物質(zhì)。

與SEM和EDX分析不同的是FTIR顯微鏡不需要真空泵，因?yàn)檠鯕夂偷獨(dú)舛疾晃占t外線。FTIR分析可以針對(duì)極少量的材料進(jìn)行，樣品可以是固態(tài)、液態(tài)或者氣態(tài)。當(dāng)FTIR頻譜與庫(kù)里的所有資料都不匹配時(shí)，可以分別對(duì)頻譜中的peak進(jìn)行分析來(lái)確定樣品的部分信息。 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)--SAM

將scanning acoustic microscope(SAM)用于IC的封裝掃描檢測(cè)，可以在不損傷封裝的情況發(fā)現(xiàn)封裝的內(nèi)部缺

陷。由于在很多時(shí)候不能打開(kāi)封裝來(lái)檢查，即使打開(kāi)很可能原來(lái)的缺陷已經(jīng)被破壞。利用超聲波的透射、反射特性可以很好解決這個(gè)問(wèn)題。超聲波在不同介質(zhì)中的傳播速率不同，在兩種界面的交界處會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。反射的程度用反射率來(lái)衡量，用R來(lái)表示。每種材料還

有自己的固有特性，波阻抗，用Z來(lái)表示。波阻抗由材料的密度和超聲波在該材料中的傳播速度決定，他們間的關(guān)系：Z—pV。當(dāng)超聲波通過(guò)兩種介質(zhì)的交界面時(shí)，其反射率R由這兩種介質(zhì)的波阻抗決定，R( )一( 一Z ／ +Z )×100。當(dāng)波從波阻抗小的介質(zhì)向波阻抗大的介質(zhì)傳播時(shí)，即Z2>z ，這時(shí)反射率R>0。當(dāng)波從波阻抗大的介質(zhì)向波阻抗小的介質(zhì)傳播時(shí)，即Z2<="" 。這樣就可以很輕易的區(qū)分正常部分與缺陷部分，達(dá)到了無(wú)損檢測(cè)的目的。="" ，r％0。當(dāng)封裝中出現(xiàn)空洞、分層、封裝破裂和芯片裂隙時(shí)，超聲波不能正常通過(guò)，因?yàn)榱严逗涂斩吹慕橘|(zhì)是空氣，波阻抗為0．00。所以此時(shí)超聲波一定是從波阻抗大的介質(zhì)向小的介質(zhì)傳播，r一100="">

X射線能譜儀

主要由半導(dǎo)體探測(cè)器及多道分析器或微處理機(jī)組成（圖3），用以將在電子束作用下產(chǎn)生的待測(cè)元素的標(biāo)識(shí) X射線按能量展譜(圖4)。X射線光子由硅滲鋰 Si(Li)探測(cè)器接收后給出電脈沖信號(hào)。由于X射線光子能量不同,產(chǎn)生脈沖的高度也不同，經(jīng)放大整形后送入多道脈沖高度分析器，在這里，按脈沖高度也就是按能量大小分別入不同的記數(shù)道，然后在X-Y記錄儀或顯像管上把脈沖數(shù)-脈沖高度（即能量）的曲線顯示出來(lái)。圖4就是一個(gè)含釩、鎂的硅酸鐵礦物的 X射線能譜圖，縱坐標(biāo)是脈沖數(shù),橫坐標(biāo)的道數(shù)表示脈沖高度或X射線光子的能量。X射線能譜儀的分辨率及分析的精度不如根據(jù)波長(zhǎng)經(jīng)晶體分析的波譜儀,但是它沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件,適于裝配到電子顯微鏡中，而且探測(cè)器可以直接插到試樣附近，接受X射線的效率很高，適于很弱的X射線的檢測(cè)。此外，它可以在一、二分鐘內(nèi)將所有元素的 X射線譜同時(shí)記錄或顯示出來(lái)。X射線能譜儀配到掃描電子顯微鏡上,可以分析表面凸凹不平的斷口上的第二相的成分；配到透射電子顯微鏡上可以分析薄膜試樣里幾十埃范圍內(nèi)的化學(xué)成分,如相界、晶界或微小的第二相粒子。因此X射線能譜儀目前已在電子顯微學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。

X 射線能譜分析的一個(gè)較大弱點(diǎn)是目前尚不能分析原子序數(shù)為11(Na)以下的輕元素，因?yàn)檫@些元素的標(biāo)識(shí)X射線波長(zhǎng)較長(zhǎng),容易為半導(dǎo)體探測(cè)器上的鈹窗所吸收。目前正在試制無(wú)鈹窗及薄鈹窗的探測(cè)器，目的是檢測(cè)碳、氮、氧等輕元素。 電子顯微鏡(掃描電鏡、透射電鏡、SEM、TEM)相關(guān)參數(shù) ·樣品減薄技術(shù)

復(fù)型技術(shù)只能對(duì)樣品表面性貌進(jìn)行復(fù)制，不能揭示晶體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)信息，受復(fù)型材料本身

尺寸的限制，電鏡的高分辨率本領(lǐng)不能得到充分發(fā)揮，萃取復(fù)型雖然能對(duì)萃取物相作結(jié)構(gòu)分析，但對(duì)基體組織仍是表面性貌的復(fù)制。在這種情況下，樣品減薄技術(shù)具有許多特點(diǎn)，特別是金屬薄膜樣品：可以有效地發(fā)揮電鏡的高分辨率本領(lǐng)；能夠觀察金屬及其合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和晶體缺陷，并能對(duì)同一微區(qū)進(jìn)行衍襯成像及電子衍射研究，把性貌信息于結(jié)構(gòu)信息起來(lái)；能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，研究在變溫情況下相變的生核長(zhǎng)大過(guò)程，以及位錯(cuò)等晶體缺陷在引力下的運(yùn)動(dòng)與交互作用。 表面復(fù)型技術(shù)

謂復(fù)型技術(shù)就是把金相樣品表面經(jīng)浸蝕后產(chǎn)生的顯微組織浮雕復(fù)制到一種很薄的膜上，然后把復(fù)制膜（叫做“復(fù)型”）放到透射電鏡中去觀察分析，這樣才使透射電鏡應(yīng)用于顯示金屬材料的顯微組織有了實(shí)際的可能。 用于制備復(fù)型的材料必須滿足以下特點(diǎn)： 本身必須是“無(wú)結(jié)構(gòu)”的（或“非晶體”的），也就是說(shuō)，為了不干擾對(duì)復(fù)制表面形貌的觀察，要求復(fù)型材料即使在高倍（如十萬(wàn)倍）成像時(shí)，也不顯示其本身的任何結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。 必須對(duì)電子束足夠透明（物質(zhì)原子序數(shù)低）； 必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在復(fù)制過(guò)程中不致破裂或畸變； 必須具有良好的導(dǎo)電性，耐電子束轟擊； zuihao是分子尺寸較小的物質(zhì)---分辨率較高。 電子顯微鏡(掃描電鏡、透射電鏡)相關(guān)參數(shù)(二) ·俄歇電子

如果原子內(nèi)層電子能級(jí)躍遷過(guò)程中釋放出來(lái)的能量不是以X射線的形式釋放而是用該能量將核外另一電子打出，脫離原子變?yōu)槎坞娮?，這種二次電子叫做俄歇電子。因每一種原子都由自己特定的殼層能量，所以它們的俄歇電子能量也各有特征值，能量在50-1500eV范圍內(nèi)。俄歇電子是由試樣表面極有限的幾個(gè)原子層中發(fā)出的，這說(shuō)明俄歇電子信號(hào)適用與表層化學(xué)成分分析。 ·特征X射線

特征X射線試原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)以后在能級(jí)躍遷過(guò)程中直接釋放的具有特征能量和波長(zhǎng)的一種電磁波輻射。 X射線一般在試樣的500nm-5m m深處發(fā)出。 ·二次電子

二次電子是指背入射電子轟擊出來(lái)的核外電子。由于原子核和外層價(jià)電子間的結(jié)合能很小，當(dāng)原子的核外電子從入射電子獲得了大于相應(yīng)的結(jié)合能的能量后，可脫離原子成為自由電子。如果這種散射過(guò)程發(fā)生在比較接近樣品表層處，那些能量大于材料逸出功的自由電子可從樣品表面逸出，變成真空中的自由電子，即二次電子。二次電子來(lái)自表面5-10nm的區(qū)域，能量為0-50eV。它對(duì)試樣表面狀態(tài)非常敏感，能有效地顯示試樣表面的微觀形貌。由于它發(fā)自試樣表層，入射電子還沒(méi)有被多次反射，因此產(chǎn)生二次電子的面積與入射電子的照射面積沒(méi)有多大區(qū)別，所以二次電子的分辨率較高，一般可達(dá)到5-10nm。掃描電鏡的分辨率一般就是二次電子分辨率。二次電子產(chǎn)額隨原子序數(shù)的變化不大，它主要取決與表面形貌。

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失效分析常用項(xiàng)目  

應(yīng)用領(lǐng)域

Failre analysis  集成電路失效分析                  

Wafer level  reliability晶元可靠性認(rèn)證

Device characterization 元器件特性量測(cè)               

Process modeling塑性過(guò)程測(cè)試(材料特性分析)

IC Process  monitoring  制成監(jiān)控                     

Package part probing  IC封裝階段打線品質(zhì)測(cè)試

Flat panel probing 液晶面板的特性測(cè)試                

PC board probing  PC主板的電性測(cè)試

ESD&TDR testing  ESD和TDR測(cè)試                       

Microwave  probing  微波量測(cè)(高頻)

Solar太陽(yáng)能領(lǐng)域檢測(cè)分析                            

LED、OLED、LCD領(lǐng)域檢測(cè)分析