集成电路基本知识 失效分析及步骤讲解

现代科技的发展是以集成电路为基石。集成电路发展的*直接的目标就是在单位面积内或者单位体积内集成更多的晶体管。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术，主要体现在加工设备，加工工艺，封装测试，批量生产及设计创新的能力上。它在电路中用字母“IC”表示，当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

一、无损失效分析

1.外观检查，主要凭借肉眼检查是否有明显缺陷，如塑脂封装是否开裂，芯片引脚是否接触良好。

2.X射线检查，就是利用X射线的透视性能对被测样品进行X射线照射，样品缺陷部份会吸收X射线，导致X射线照射成像出现异常。X射线主要检查集成电路引线是否损坏问题。根据电子元器件的大小和结构选择合适的波长，这样能得到合适的分辨率。

3.扫描声学显微镜探测，就是利用超声波探测样品内部缺陷，依据超声波的反射找出样品内部缺陷所在位置，这种方法主要用主集成电路塑封时水气或者高温对器件的损坏，这种损坏常为裂缝或者脱层。

二、有损失效分析

1.打开封装

有损失效分析，**是对集成电路进行开封处理，开封处理要做到不损坏芯片内部电路。根据对集成电路的封装方式或分析目不同，采取相应的开封措施。通常有三种打开封装方法。

方法一，全剥离法，此法是将集成电路完全损坏，只留下完整的芯片内部电路。缺陷是由于内部电路和引线全部被破坏，无法再进行电动态分析。

方法二，局总去除法，此法是利用研磨机研磨集成电路表面的树脂直到芯片。优点是开封过程中不损坏内部电路和引线，开封后可以进行通电电动态分析。

方法三，是全自动法，此法是利用硫酸喷射达到局部去除的效果。

2.电性分析

①缺陷定位，定位具体失效位置在集成电路失效分析中，是一个重要而困难的项目，缺陷定位后才能发现失效机理及缺陷特征。

a.Emission显微镜技术，具有非破坏性和快速精准的特性。它使用光电子探测器来检测产生光电效应的区域。由于在硅片上产生缺陷的部位，通常会发生不断增长的电子--空穴再结全而产生强烈的光子辐射。

b.OBIRCH技术是利用激光束感应材料电阻率变化的测试技术。对不同材料经激光束扫描，可得到不同材料电阻率变化，这一方法可以测试金属布线内部的那些可靠性隐患。

C.液晶热点检测一般由偏振显微镜，可调节温度的样品台，以及控制电路构成。在由晶体各向异性变为晶体各向同性时，所需要的临界温度能量很小，以此来提高灵敏度。同时相变温度应控制在30-90度，偏振显微镜要在正交偏振光的使用，这样可以提高液晶相变反应的灵敏度。

②电性能分析(探针台)

根据饰电路的版图和原理图，结合芯片失效现象，逐步缩小缺陷部位的电路范围，*后利用微探针显微技术，来定位缺陷器件。

③微探针检测技术

微探针的作用是测量内部器件上的电参数值，如工作点电压、电流、伏安特性曲线。微探针技术一般伴随电路分析配合使用，两者可以较快地搜寻失效器件。

三、物理分析

1.聚焦离子束(FIB)

就是利用电镜将离子聚焦成微波尺寸的切割器。聚焦离子束系统由离子源，离子束聚焦和样品台组成。聚焦离子束的主要应用是对集成电路进行剖面，传统的方法是手工研磨或采用硫酸喷剂，这两种方法虽说都可以得到剖面，但在日益精细的集成电路中，手工操作速度慢而且失误率高，所以，此这种方法显然不适用。聚焦离子束的细微精准切割，结合扫描电镜的高分辨率成像，可以很好地解决剖面问题。聚焦离子束对被剖面的集成电路没有限制，定位精度可以达到0.1um以下，同时剖面过程过集成电路爱到的应力很小，完整地保存集成电路，使检测结果更加准确。

2.扫描电子显微镜(SEM)

就是利用聚焦离子束轰击器件面表，面产生许多电子信号，将这些电子信号放大作为调制信号，连接显示器，可得到器件表面图像。

3.透射电子显微镜(TEM)

透射电子显微镜分辨率可以达到0.1nm，透射电子显微镜可以清晰地分析器件缺陷，更好地满足集成电器失效分析对检测工具的解析要求。

4.VC定位技术

利用Emission/OBIRCH/液晶技术来定位集成电路中的失效器件，在实际应用中热点的位置往往面积偏大，甚至会偏离失效点几十个微米，这就需要一种更精确的定位技术，可以把失效范围进一步缩小。VC定位技术是利用SEM或FIB的一次电子束或离子束在样品表面进行扫描。硅片表面不现部位有不同电势，表现出来不同的明亮对比，找出导常亮的点从而定位失效点。

四、集成电路失效分析步骤

1.开封前检查，外观检查，X光检查，扫描声学显微镜检查。

2.开封显微镜检查。

3.电性能分析，缺陷定位技术、电路分析及微探针分析。

4.物理分析，剥层、聚焦离子束(FIB)，扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(SEM)、VC定位技术。

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