半导体器件失效分析的研究Research on Semiconductor Device Failure Analysis中文摘要半导体失效分析在提高集成电路的可靠性方面有着至关重要的作用。
随着集成度的提高，工艺尺寸的缩小，失效分析所面临的困难也逐步增大。
因此，失效分析必须配备相应的先进、准确的设备和技术，配以具有专业半导体知识的分析人员，精确定位失效位置。
在本文当中，着重介绍多种方法运用Photoemission 显微镜配合IR-OBIRCH精确定位失效位置，并辅以多项案例。
Photoemission是半导体元器件在不同状态下（二极管反向击穿、短路产生的电流、MOS管的饱和发光，等等），所产生的不同波长的光被捕获，从而在图像上产生相应的发光点。
Photoemission在失效分析中有着不可或缺的作用，通过对好坏品所产生的发光点的对比，可以为后面的电路分析打下坚实的基础，而且在某些情况下，异常的发光点就是最后我们想要找到的defect的位置。
IR-OBIRCH(Infrared Optical beam Induced Resistance Change)主要是由两部分组成：激光加热器和电阻改变侦测器。
电阻的改变是通过激光加热电流流经的路径时电流或者电压的变化来表现的，因此，在使用IR-OBIRCH时，前提是必须保证所加电压两端产生的电流路径要流过defect的位置，这样，在激光加热到defect位置时，由于电阻的改变才能产生电流的变化，从而在图像上显现出相应位置的热点。
虽然Photoemission和IR-OBIRCH可以很好的帮助我们找到defect的位置，但良好的电路分析以及微探针(microprobe)的使用在寻找失效路径方面是十分重要的，只有通过Photoemission的结果分析，加上电路分析以及微探针(micr oprobe)测量内部信号的波形以及I-V曲线，寻找出失效路径后，IR-OBIRCH才能更好的派上用场。
因此，在失效分析中，各个步骤缺一不可。
关键词：失效分析；Photoemission；IR-OBIRCH；微探针（microprobe）;ABSTRACTTechnology of failure analysis is extremely important for reliability of IC.Due to advance of IC, failure analysis is more difficult.Advanced equipment,rational methods and professional of failure analysis is needed. How to use Photoemission andIR-OBIRCH to find defect location will be performed in this article.The abnormal emission site can be acquired by Photoemission（e.g reverse biased junction, silicon leakage currents, MOS transistors saturated mode and so on）. Then the abnormal emission site is showed on IC image. Photoemission is very important in failure analysis, we can study the IC schematic and layout overlay base on Photoemission result, and sometimes the abnormal emission site is just the defect location.The IR-OBIRCH(Infrared Optical beam Induced Resistance Change) method simultaneously uses two main processes: laser-beam heating and resistance-change detection. The resistance change appears as current change or voltage change only when the laser beam irradiates a line where a current is flowing.This results in imaging current paths.Photoemission and IR-OBIRCH can help us to find the defect location, but professional of circuit analysis and usage of microprobe is also important. Base on Photoemission result, after IC schematic and layout overlay study, then microprobe is performed to trace the internal signal and find the abnormal IV-Curves. IR-OBIRCH can be used to find the defect location at last.Keywords: failure analysis; Photoemission; IR-OBIRCH; microprobe;目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 失效分析的概述 (1)第二章失效分析的基本流程 (2)2.1 失效分析流程遵循的基本规律 (2)2.2 失效分析的步骤 (2)2.3 失效分析应用到的技术 (3)2.4 失效分析流程实例 (4)第三章失效分析中的封装检查 (6)3.1 封装介绍 (6)3.2 外观检查 (10)3.3 X射线检查（X-ray） (7)3.4 超声波扫描显微镜检查（C-SAM） (11)3.4.1 C-SAM概述 (11)3.4.2 C-SAM原理 (12)3.4.3 C-SAM应用实例 (14)第四章 Photoemission显微镜介绍 (16)4.1 半导体物理的一些基本知识 (16)4.2 Photoemission显微镜的介绍 (17)4.3 Photoemission显微镜的物理机理 (18)4.4 Photoemission显微镜的正面分析和背面分析 (19)4.5 Photoemission显微镜光学系统 (20)4.5.1 Photoemission探测器（PEM Detector） (21)4.5.2 光谱探测率 (22)4.5.3 影响灵敏度的因素 (23)4.6 Photoemission光谱学 (24)4.6.1 Photoemission光谱学的设备 (24)4.6.2 Photoemission光源分类 (25)第五章失效分析中的激光感应技术 (25)5.1 激光感应技术介绍 (25)5.2 IR-OBIRCH介绍 (25)5.3 IR-OBIRCH原理 (26)5.4 IR-OBIRCH的实践应用 (27)5.5 SDL技术 (32)5.5.1 SDL技术介绍 (32)5.5.2 案例研究 (33)第六章失效分析的实际案例 (38)6.1 案例1 (38)6.2 案例2 (41)第七章结论 (43)参考文献 (44)第一章绪论第一章绪论1.1引言随着社会的发展，科技的进步，集成电路在人们的日常生活和社会发展中所占的比率逐步增大，各种集成电路产品也层出不穷。
在市场竞争的激励下，集成规模逐步增高,功能集成也日渐加大，对可靠性的要求也越来越高。
对此，对于集成电路的失效分析变的越来越重要，但随着集成度的提高、工艺尺寸的缩小，失效分析所面临的困难也急剧增大。
1.2失效分析的概述失效分析的目的是通过失效机理、失效原因分析获得产品的改进的建议，避免类似失效事件的发生，提高产品的可靠性。
失效分析是元器件可靠性工程中的一个重要组成部分。
电子元器件的失效分析是借助各种测试技术和分析方法明确元器件的失效过程，分辨失效模式或机理，确定最终的失效原因。
开展电子元器件失效分析工作需要具备相应的测试与分析手段、元器件失效机理等专业基础知识，并需要逐步积累失效分析经验。
用于失效分析的设备很多且各有特点，应根据失效分析的要求，选用适当的分析技术和设备，充分利用其功能与特点，降低电子元器件失效分析成本，加快失效分析进度，提高失效分析成功率。
所谓失效是指电子元器件丧失或部分丧失了预定功能。
而失效模式是指电子元器件失效的外在宏观表现，对于半导体器件，失效模式有很多，主要有开路、短路、参数漂移、等等。
不同类别的电子元器件失效模式的表现各不相同，即使对同一门类的电子元器件，由于其原理、结构和电气性能的差异，失效模式的表现也不尽相同。
失效模式的确认是失效分析工作的重要环节。
失效机理是指电子元器件失效的物理、化学变化，这种变化深层次的意义指失效过程中元器件内部的原子、分子、离子的变化，以及结构的变化，是失效发生的内在本质。
失效机理的种类也很多，常见的有EOS、ESD、氧化层断裂，等等。
只有正确的分析和确认失效的原因，对于失效发生的控制和改进措施才能做到有的放矢。
第二章失效分析的基本流程2.1 失效分析流程遵循的基本规律对于失效的半导体器件，每一个实验室都有自己的一套分析流程，但其遵循的基本原理都是以非破坏性的检查为先，逐步分析，在非破坏性的检查不能发现失效根源的基础上，再对失效的半导体器件进行深一步的检查。
需要注意的是由于不同的半导体器件或者不同的失效模式都分别对应着不同的分析流程，有的失效模式只需在封装检查部分就可以发现失效根源，而有的失效模式则需要配合高精度的设备和深入的电路分析才可以得出相应的结果。
2.2 失效分析的步骤广义上来讲，失效分析的一系列步骤如下所示：第一步：对失效模式进行验证。
有可能存在这样一种情况，测试人员有可能错误的定义了半导体器件的失效模式，从而使得失效分析人员被告知的失效模式是错误的。
因此对确认失效模式是否存在这一工序可以避免不必要的工作的产生。
第二步：确认失效的种类。
失效种类可以对应为电性上的失效以及物理上的失效特征,对应电性的有参数上的失效，IV曲线有问题或者有漏电流的产生等。