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集成电路失效分析方法和技术探究 　　【摘要】集成电路的应用十分广泛，随着集成电路向着更小工艺尺寸，更高集成度方向发展，集成电路失效分析扮演着越来越重要的角色。一块芯片上集成的器件可达几千万，要想找到失效器件实属大海捞针，因此进行集成电路失效分析必须具备先进、准确的技术和设备，并由具有专业知识的半导体分析人员开展分析工作。 　　【关键词】集成电路；失效分析；电性分析；物理分析 　　失效分析就是判断失效的模式，查找失效原因，弄清失效机理，并且预防类似失效情况再次发生。集成电路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，对集成电路进行失效分析可以促进企业纠正设计、实验和生产过程中的问题，实施控制和改进措施，防止和减少同样的失效模式和失效机理重复出现，预防同类失效现象再次发生。本文主要讲述集成电路失效分析的技术和方法。 　　1.集成电路失效分析步骤 　　集成电路的失效分析分为四个步骤。在确认失效现象后，第一步是开封前检查。在开封前要进行的检查都是无损失效分析。开封前会进行外观检查、X光检查以及扫描声学显微镜检查。第二步是打开封装并进行镜检。第三步是电性分析。电性分析包括缺陷定位技术、电路分析以及微探针检测分析。第四步是物理分析。物理分析包括剥层、聚焦离子束（FIB）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及VC定位技术。通过上述分析得出分析结论，完成分析报告，将分析报告交给相关技术人员。相关技术人员根据相应的缺陷进行改进，以此来实现对集成电路失效分析的意义。 　　2.无损失效分析技术 　　所谓无损失效分析，就是在不损害分析样品，不去掉芯片封装的情况下，对该样品进行失效分析。无损失效分析技术包括外观检查、X射线检查和扫描声学显微镜检查。在外观检查中，主要是凭借肉眼检查是否有明显的缺陷，如塑脂封装是否开裂，芯片的管脚是否接触良好等等。X射线检查则是利用X射线的透视性能对被测样品进行X射线照射，样品的缺陷部分会吸收X射线，导致X射线照射成像出现异常情况。X射线检测主要是检测集成电路中引线损坏的问题，根据电子器件的大小及电子器件构造情况选择合适的波长，这样就会得到合适的分辨率。而扫描声学显微镜检测是利用超声波探测样品内部的缺陷，主要原理是发射超声波到样品内部，然后由样品内部返回。根据反射时间以及反射距离可以得到检测波形，然后对比正常样品的波形找出存在缺陷的位置。这种检测方法主要检测的是由于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是脱层。相对于有损失效分析方法的容易损坏样品、遗失样品信息的缺点，无损失效分析技术有其特有的优势，是集成电路失效分析的重要技术。[1] 　　3.有损失效分析技术 　　无损失效分析技术只能对集成电路的明显缺陷做出判断，而对于存在于芯片内部电路上的缺陷则无能为力。所以就要进行有损失效分析，有损失效分析技术包括打开封装、电性分析以及物理分析。 　　3.1 打开封装 　　有损失效分析首先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的不同，采取相应的开封措施。方法一是全剥离法，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，将无法进行通电动态分析。方法二是局部去除法，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动态分析。方法三是全自动法，此法是利用硫酸喷射来达到局部去除法的效果。[2] 　　3.2 电性分析 　　电性分析技术包括缺陷定位、电路分析以及微探针检测分析。 　　3.2.1 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，只有在对缺陷的位置有了明确定位后，才能继而发现失效机理以及缺陷的特性。缺陷定位技术的应用是缺陷定位的关键。Emission显微镜技术、OBIRCH（Optical Beam Induce Resistance Change）技术以及液晶热点检测技术为集成电路失效分析提供了快捷准确的定位方法。 　　Emission显微镜具有非破坏性和快速精准定位的特性。它使用光子探测器来检测产生光电效应的区域。由于在硅片上发生损坏的部位，通常会发生不断增长的电子-空穴再结合而产生强烈的光子辐射。因而这些区域可以通过Emission显微镜技术检测到。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测得不同的材料阻值的变化；对于同一种材料若材料由于某种因素导致变性后，同样也可测得这一种材质电阻率的变化。我们就是借助于这一方法来探测金属布线内部的那些可靠性隐患。液晶热点检测是一种非常有效的分析手段，主要是利用液晶的特性来进行检测。但液晶热点检测技