失效分析常用方法匯總

芯片在設(shè)計(jì)生產(chǎn)使用各環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)失效，失效分析伴隨芯片全流程。

這*據(jù)北軟檢測(cè)失效分析實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)，為大家總結(jié)了失效分析方法和分析流程，供大家參考。

一、C-SAM（超聲波掃描顯微鏡)，屬于無(wú)損檢查:

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.材料內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)顆粒、夾雜物、沉淀物 

2.內(nèi)部裂紋 

3.分層缺陷 

4.空洞、氣泡、空隙等。

二、 X－Ray（X光檢測(cè)），屬于無(wú)損檢查:

X-Ray是利用陰極射線管產(chǎn)生高能量電子與金屬靶撞擊，在撞擊過(guò)程中，因電子突然減速，其損失的動(dòng)能會(huì)以X-Ray形式放出。而對(duì)于樣品無(wú)法以外觀方式觀測(cè)的位置，利用X-Ray穿透不同密度物質(zhì)后其光強(qiáng)度的變化，產(chǎn)生的對(duì)比效果可形成影像，即可顯示出待測(cè)物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可在不破壞待測(cè)物的情況下觀察待測(cè)物內(nèi)部有問(wèn)題的區(qū)域。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.觀測(cè)DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封裝的半導(dǎo)體、電阻、電容等電子元器件以及小型PCB印刷電路板

2.觀測(cè)器件內(nèi)部芯片大小、數(shù)量、疊die、綁線情況

3.觀測(cè)芯片crack、點(diǎn)膠不均、斷線、搭線、內(nèi)部氣泡等封裝缺陷，以及焊錫球冷焊、虛焊等焊接缺陷

三、SEM掃描電鏡/EDX能量彌散X光儀（材料結(jié)構(gòu)分析/缺陷觀察，元素組成常規(guī)微區(qū)分析，精確測(cè)量元器件尺寸）,

SEM/EDX（形貌觀測(cè)、成分分析）掃描電鏡（SEM）可直接利用樣品表面材料的物質(zhì)性能進(jìn)行微觀成像。EDX是借助于分析試樣發(fā)出的元素特征X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)不同元素特征X射線波長(zhǎng)的不同來(lái)測(cè)定試樣所含的元素。通過(guò)對(duì)比不同元素譜線的強(qiáng)度可以測(cè)定試樣中元素的含量。通常EDX結(jié)合電子顯微鏡（SEM）使用，可以對(duì)樣品進(jìn)行微區(qū)成分分析。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.材料表面形貌分析，微區(qū)形貌觀察  

2.材料形狀、大小、表面、斷面、粒徑分布分析

3.薄膜樣品表面形貌觀察、薄膜粗糙度及膜厚分析

4.納米尺寸量測(cè)及標(biāo)示

5.微區(qū)成分定性及定量分析

• EMMI微光顯微鏡。對(duì)于故障分析而言，微光顯微鏡（Emission Microscope, EMMI）是一種相當(dāng)有用且效率*的分析工具。主要偵測(cè)IC內(nèi)部所放出光子。在IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination會(huì)放出光子（Photon）。如在P-N結(jié)加偏壓，此時(shí)N阱的電子很容易擴(kuò)散到P阱，而P的空穴也容易擴(kuò)散至N，然后與P端的空穴（或N端的電子）做EHP Recombination。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.P-N接面漏電；P-N接面崩潰

2.飽和區(qū)晶體管的熱電子

3.氧化層漏電流產(chǎn)生的光子激發(fā)

4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等問(wèn)題

五、 FIB 線路修改，切線連線，切點(diǎn)觀測(cè)，TEM制樣，精密厚度測(cè)量等

FIB（聚焦離子束，F(xiàn)ocused Ion beam）是將液態(tài)金屬離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過(guò)離子槍加速，聚焦后照射于樣品表面產(chǎn)生二次電子信號(hào)取得電子像，此功能與SEM（掃描電子顯微鏡）相似，或用強(qiáng)電流離子束對(duì)表面原子進(jìn)行剝離，以完成微、納米級(jí)表面形貌加工。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.芯片電路修改和布局驗(yàn)證              

2.Cross-Section截面分析                

3.Probing Pad                                 

4.定點(diǎn)切割   

六、 Probe Station 探針臺(tái)/Probing Test 探針測(cè)試，探針臺(tái)主要應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)、光電行業(yè)。針對(duì)集成電路以及封裝的測(cè)試。 廣泛應(yīng)用于復(fù)雜、高速器件的精密電氣測(cè)量的研發(fā)，旨在確保質(zhì)量及可靠性，并縮減研發(fā)時(shí)間和器件制造工藝的成本。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.微小連接點(diǎn)信號(hào)引出  

2.失效分析失效確認(rèn)

3.FIB電路修改后電學(xué)特性確認(rèn)

4.晶圓可靠性驗(yàn)證

ESD/Latch-up靜電放電/閂鎖效用測(cè)試（有些客戶是在芯片流入客戶端之前就進(jìn)行這兩項(xiàng)可靠度測(cè)試，有些客戶是失效發(fā)生后才想到要篩取良片送驗(yàn)）這些已經(jīng)提到了多數(shù)常用手段。失效分析前還有一些必要的樣品處理過(guò)程。

七、 取die,decap（開(kāi)封，開(kāi)帽）,研磨,去金球 De-gold bump,去層,染色等，有些也需要相應(yīng)的儀器機(jī)臺(tái)，SEM可以查看die表面，SAM以及X－Ray觀察封裝內(nèi)部情況以及分層失效。Decap即開(kāi)封，也稱(chēng)開(kāi)蓋，開(kāi)帽，指給完整封裝的IC局部腐蝕，使得IC可以暴露出來(lái)，同時(shí)保持芯片功能的完整無(wú)損，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受損傷，為下一步芯片失效分析實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備，方便觀察或做其他測(cè)試（如FIB，EMMI）， Decap后功能正常。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.IC開(kāi)封（正面/背面） QFP， QFN， SOT，TO， DIP，BGA，COB等

2.樣品減薄（陶瓷，金屬除外）

3.激光打標(biāo)

八、Acid Decap，又叫化學(xué)開(kāi)封，是用化學(xué)的方法，即濃硫酸及發(fā)煙硝酸將塑封料去除的設(shè)備。通過(guò)用酸腐蝕芯片表面覆蓋的塑料能夠暴露出任何一種塑料IC封裝內(nèi)的芯片。去除塑料的過(guò)程又快又安全，并且產(chǎn)生干凈無(wú)腐蝕的芯片表面。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.芯片開(kāi)封（正面/背面）  

2.IC蝕刻，塑封體去除

九、RIE是干蝕刻的一種，這種蝕刻的原理是，當(dāng)在平板電極之間施加10～100MHZ的高頻電壓（RF，radio frequency）時(shí)會(huì)產(chǎn)生數(shù)百微米厚的離子層（ion sheath），在其中放入試樣，離子高速撞擊試樣而完成化學(xué)反應(yīng)蝕刻，此即為RIE（Reactive Ion Etching）。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.用于對(duì)使用氟基化學(xué)的材料進(jìn)行各向同性和各向異性蝕刻，其中包括碳、環(huán)氧樹(shù)脂、石墨、銦、鉬、氮氧化物、光阻劑、聚酰亞胺、石英、硅、氧化物、氮化物、鉭、氮化鉭、氮化鈦、鎢鈦以及鎢                 

2.器件表面圖形的刻蝕

十、研磨機(jī)，適用于高精微（光鏡，SEM，TEM，AFM，ETC）樣品的半自動(dòng)準(zhǔn)備加工研磨拋光，模塊化制備研磨，平行拋光，精確角拋光，定址拋光或幾種方式結(jié)合拋光。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.斷面精細(xì)研磨及拋光  

2.芯片工藝分析

3.失效點(diǎn)的查找         

十一、切割機(jī)，可以預(yù)置程序定位切割不同尺寸的各種材料，可以高速自動(dòng)切割材料，提高樣品生產(chǎn)量。其微處理系統(tǒng)可以根據(jù)材料的材質(zhì)、厚度等調(diào)整步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的切割距離、力度、樣品輸入比率和自動(dòng)進(jìn)刀比率。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.通過(guò)樣品冷埋注塑獲得樣品的標(biāo)準(zhǔn)切面  

2.小型樣品的精密切割

十二、金相顯微鏡，可用來(lái)進(jìn)行器件外觀及失效部位的表面形狀，尺寸，結(jié)構(gòu)，缺陷等觀察。金相顯微鏡系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡與計(jì)算機(jī)（數(shù)碼相機(jī)）通過(guò)光電轉(zhuǎn)換有機(jī)的結(jié)合在一起，不僅可以在目鏡上作顯微觀察，還能在計(jì)算機(jī)（數(shù)碼相機(jī)）顯示屏幕上觀察實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像，電腦型金相顯微鏡并能將所需要的圖片進(jìn)行編輯、保存和打印。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.樣品外觀、形貌檢測(cè)  

2.制備樣片的金相顯微分析

3.各種缺陷的查找

十三、體視顯微鏡，亦稱(chēng)實(shí)體顯微鏡或解剖鏡。是一種具有正像立體感的目視儀器，從不同角度觀察物體，使雙眼引起立體感覺(jué)的雙目顯微鏡。對(duì)觀察體無(wú)需加工制作，直接放入鏡頭下配合照明即可觀察，成像是直立的，便于操作和解剖。視場(chǎng)直徑大，但觀察物要求放大倍率在200倍以下。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.樣品外觀、形貌檢測(cè)  

2.制備樣片的觀察分析

3.封裝開(kāi)帽后的檢查分析

4.晶體管點(diǎn)焊、檢查

十四、IV自動(dòng)曲線量測(cè)儀，驗(yàn)證及量測(cè)半導(dǎo)體電子組件的電性、參數(shù)及特性。比如電壓-電流。集成電路失效分析流程中，I/V Curve的量測(cè)往往是非破壞分析的第二步（外觀檢查排在步），可見(jiàn)Curve量測(cè)的重要性。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.Open/Short Test  

2.I/V Curve Analysis

3.Idd Measuring

4.Powered Leakage（漏電）Test

十五、高低溫試驗(yàn)箱箱，適用于工業(yè)產(chǎn)品高溫、低溫的可靠性試驗(yàn)。對(duì)電子電工、汽車(chē)電子、航空航天、船舶兵器、高等院校、科研單位等相關(guān)產(chǎn)品的零部件及材料在高溫、低溫（交變）循環(huán)變化的情況下，檢驗(yàn)其各項(xiàng)性能指標(biāo)。

檢測(cè)內(nèi)容包含：

1.高溫儲(chǔ)存  

2.低溫儲(chǔ)存

3.溫濕度儲(chǔ)存

北軟檢測(cè)智能產(chǎn)品檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，能夠依據(jù)、國(guó)內(nèi)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施檢測(cè)工作，開(kāi)展從底層芯片到實(shí)際產(chǎn)品，從物理到邏輯全面的檢測(cè)工作，提供芯片預(yù)處理、側(cè)信道攻擊、光攻擊、侵入式攻擊、環(huán)境、電壓毛刺攻擊、電磁注入、放射線注入、物理安全、邏輯安全、功能、兼容性和多點(diǎn)激光注入等安全檢測(cè)服務(wù)，同時(shí)可開(kāi)展模擬重現(xiàn)智能產(chǎn)品失效的現(xiàn)象，找出失效原因的失效分析檢測(cè)服務(wù)，主要包括點(diǎn)針工作站（Probe Station）、反應(yīng)離子刻蝕（RIE）、微漏電偵測(cè)系統(tǒng)（EMMI）、X-Ray檢測(cè)，缺陷切割觀察系統(tǒng)（FIB系統(tǒng)）等檢測(cè)試驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)對(duì)智能產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)估及分析，為智能裝備產(chǎn)品的芯片、嵌入式軟件以及應(yīng)用提供質(zhì)量保證。

失效分析步驟:

1、 非破壞性分析：主要是超聲波掃描顯微鏡（C-SAM）--看有沒(méi)delamination，xray--看內(nèi)部結(jié)構(gòu)，等等；

2、 電測(cè)：主要工具，萬(wàn)用表，示波器，sony tek370a，現(xiàn)在好象是370b了；

3、 破壞性分析：激光開(kāi)封decap，機(jī)械decap，化學(xué)decap芯片開(kāi)封機(jī)