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失效分析3

2去除钝化层的方法: 化学腐蚀(各向同性) 等离子腐蚀PIE (各向同性) 反应离子刻蚀RIE(各向异性) 各向同性腐蚀和各向异性腐蚀 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 机械探针台 EBT测试原理 EBT在线检测的芯片照片 局部放大图片 有信号时的图象 无信号时的图象 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) 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℃。 10.2 液晶热点检测技术 1、什么是液晶: 液晶是一种既具有液体的流动性,又具有晶体各向异性的物质。它具有一个独特性质,当温度高于某一临界温度Tc时,就会变成各向同性。 2、液晶热点检测设备要求 偏振显微镜(长工作距离) 温控样品台(温度精度0.1 ℃) 样品的电偏置(prober或packaged device) 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 3、液晶热点检测的关键技术 显微镜在正交偏振光下观察,提高图象对液晶相变的灵敏度 应控制样品温度在临界温度上下反复变化,以便找到合适的工作点 检测时若偏置电压偏高,图象会变模糊,可改用脉冲偏置电压以改善图象质量 10.3 光辐射显微分析(PEM) 3、显微红外热像仪的应用 主要是功率器件和混合集成电路 3、适用范围: 漏电结、接触尖峰、氧化缺陷、栅针孔、静电放电(ESD)损伤、闩锁效应(Latch up)、热载流子、饱和晶体管及开关管等 4、缺点: 有些光辐射是正常的器件,如饱和晶体管,正偏二极管等。 有些很明显的失效并不产生光辐射,如欧姆型短路等。 还有些缺陷虽产生辐射,但由于在器件的深层或被上层物质遮挡,无法探测。 5、优点: 操作简单、方便,可以探测到半导体器件中的多种缺陷和机理引起的退化和失效,尤其在失效定位方面具有准确、直观和重复再现性。 无需制样,非破坏性,不需真空环境,可以方便的施加各种静态和动听过的电应力。 精度:几十PA/um2,定位精度为1微米。 另外还有光谱分析功能,通过对辐射点的特征光谱分析来确定辐射的性质和类型。 1.11 电子元器件化学成份分析技术 1、重要性: 器件失效主要原因是污染(颗粒污染和表面污染),确认污染源是实施改进措施的先决条件。 另外,界面之间原子互扩散也会引起特性退化和失效,也许要化学分析确认。 2 常用电子元器件化学成份分析技术 硅胶内异物 X射线能谱分析(EDAX)结果 二、电子

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