原创 半导体芯片常用失效分析方法

金相显微镜OM

服务介绍：可用来进行器件外观及失效部位的表面形状，尺寸，结构，缺陷等观察。金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。

服务范围：可供研究单位、冶金、机械制造工厂以及高等工业院校进行金

属学与热处理、金属物理学、炼钢与铸造过程等金相试验研究之用

服务内容：1.样品外观、形貌检测  

          2.制备样片的金相显微分析

          3.各种缺陷的查找

体视显微镜OM 无损检测:蔡司

服务介绍：体视显微镜，亦称实体显微镜或解剖镜。是一种具有正像立体感的目视仪器，从不同角度观察物体，使双眼引起立体感觉的双目显微镜。对观察体无需加工制作，直接放入镜头下配合照明即可观察，成像是直立的，便于操作和解剖。视场直径大，但观察物要求放大倍率在200倍以下。

服务范围：电子精密部件装配检修，纺织业的品质控制、文物 、邮票的辅助鉴别及各种物质表面观察 

服务内容：1.样品外观、形貌检测  

          2.制备样片的观察分析

          3.封装开帽后的检查分析

          4.晶体管点焊、检查

X－Ray无损检测:德国依科视朗

服务介绍：X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。

服务范围：产品研发，样品试制，失效分析，过程监控和大批量产品观测

服务内容：1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板

          2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况

          3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷

C-SAM（超声波扫描显微镜)，无损检测:sonix

1.材料内部的晶格结构，杂质颗粒．夹杂物．沉淀物．2. 内部裂纹. 3.分层缺陷.4.空洞,气泡,空隙等.

I/V Curve advanced smart-1

服务介绍：验证及量测半导体电子组件的电性、参数及特性。比如电压-电流。集成电路失效分析流程中，I/V Curve的量测往往是非破坏分析的第二步（外观检查排在第一步），可见Curve量测的重要性。

服务范围：封装测试厂，SMT领域等

服务内容：1.Open/Short Test  

          2.I/V Curve Analysis

          3.Idd Measuring

          4.Powered Leakage（漏电）Test

SEM扫描电镜/EDX能量弥散X光仪

材料结构分析/缺陷观察，元素组成常规微区分析，精确测量元器件尺寸）扫描电镜（SEM）

服务介绍：SEM/EDX（形貌观测、成分分析）扫描电镜（SEM）可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的，根据不同元素特征X射线波长的不同来测定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元素的含量。通常EDX结合电子显微镜（SEM）使用，可以对样品进行微区成分分析。

服务范围：军工，航天，半导体，先进材料等

服务内容：1.材料表面形貌分析，微区形貌观察  

          2.材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析

          3.薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析

          4.纳米尺寸量测及标示

          5.微区成分定性及定量分析

EMMI微光显微镜 ADVANCED P-100 

常用漏电流路径分析手段,寻找发热点，

微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）

服务介绍：对于故障分析而言，微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是一种相当有用且效率极高的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination会放出光子（Photon）。如在P-N结加偏压，此时N阱的电子很容易扩散到P阱，而P的空穴也容易扩散至N，然后与P端的空穴（或N端的电子）做EHP Recombination。

服务范围：故障点定位、寻找近红外波段发光点

服务内容：1.P-N接面漏电；P-N接面崩溃

          2.饱和区晶体管的热电子

          3.氧化层漏电流产生的光子激发

          4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等问题

Probe Station 探针台测试 advanced pw-800

服务介绍：探针台主要应用于半导体行业、光电行业。针对集成电路以及封装的测试。广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发，旨在确保质量及可靠性，并缩减研发时间和器件制造工艺的成本。

 服务范围：8寸以内Wafer，IC测试，IC设计等

FIB，FEI Scios 2 DualBeam

切线连线，切点观测，TEM制样，精密厚度测量等

聚焦离子束，Focused Ion beam

服务介绍：FIB（聚焦离子束，Focused Ion beam）是将液态金属离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像，此功能与SEM（扫描电子显微镜）相似，或用强电流离子束对表面原子进行剥离，以完成微、纳米级表面形貌加工。

服务范围：工业和理论材料研究，半导体，数据存储，自然资源等领域

服务内容：1.芯片电路修改和布局验证              

          2.Cross-Section截面分析                

          3.Probing Pad                                 

      4.定点切割    

ESD/Latch-up静电放电/闩锁效用测试（有些客户是在芯片流入客户端之前就进行这两项可靠度测试，有些客户是失效发生后才想到要筛取良片送验）这些已经提到了多数常用手段。失效分析前还有一些必要的样品处理过程。

取die 用酸法去掉塑封体，漏出die

decap（开封，开帽）advanced pst-2000

芯片开封机DECAP主要用于芯片开封验证SAM，XRAY的结果。

服务介绍：Decap即开封，也称开盖，开帽，指给完整封装的IC做局部腐蚀，使得IC可以暴露出来，同时保持芯片功能的完整无损，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受损伤，为下一步芯片失效分析实验做准备，方便观察或做其他测试（如FIB，EMMI）， Decap后

服务范围：芯片开封，环氧树脂去除，IGBT硅胶去除，样品剪薄

服务内容：1.IC开封（正面/背面） QFP， QFN， SOT，TO， DIP，BGA，COB等

          2.样品减薄（陶瓷，金属除外）

          3.激光打标

化学开封Acid Decap

服务介绍：Acid Decap，又叫化学开封，是用化学的方法，即浓硫酸及发烟硝酸将塑封料去除的设备。通过用酸腐蚀芯片表面覆盖的塑料能够暴露出任何一种塑料IC封装内的芯片。去除塑料的过程又快又安全，并且产生干净无腐蚀的芯片表面。

服务范围：常规塑封器件的开帽分析包括铜线开封

服务内容：1.芯片开封（正面/背面）  

2. IC蚀刻，塑封体去除

    切割制样：

服务介绍：可以预置程序定位切割不同尺寸的各种材料，可以高速自动切割材料，提高样品生产量。其微处理系统可以根据材料的材质、厚度等调整步进电动机的切割距离、力度、样品输入比率和自动进刀比率。服务范围：各种材料，各种厚度式样切割

服务内容：1.通过样品冷埋注塑获得样品的标准切面  

          2.小型样品的精密切割

研磨RIE

服务介绍：RIE是干蚀刻的一种，这种蚀刻的原理是，当在平板电极之间施加10～100MHZ的高频电压（RF，radio frequency）时会产生数百微米厚的离子层（ion sheath），在其中放入试样，离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻，此即为RIE（Reactive Ion Etching）。  

服务范围：半导体，材料化学等                                                                                     

服务内容：1.用于对使用氟基化学的材料进行各向同性和各向异性蚀刻，其中包括碳、环氧树脂、石墨、铟、钼、氮氧化物、光阻剂、聚酰亚胺、石英、硅、氧化物、氮化物、钽、氮化钽、氮化钛、钨钛以及钨器件表面图形的刻蚀

自动研磨机

服务介绍：适用于高精微（光镜，SEM，TEM，AFM，ETC）样品的半自动准备加工研磨抛光，模块化制备研磨，平行抛光，精确角抛光，定址抛光或几种方式结合抛光。 

服务范围：主要应用于半导体元器件失效分析，IC反向 

服务内容：1.断面精细研磨及抛光  

          2.芯片工艺分析

          3.失效点的查找              

服务介绍：可以预置程序定位切割不同尺寸的各种材料，可以高速自动切割材料，提高样品生产量。其微处理系统可以根据材料的材质、厚度等调整步进电动机的切割距离、力度、样品输入比率和自动进刀比率。

服务范围：各种材料，各种厚度式样切割 

服务内容：1.通过样品冷埋注塑获得样品的标准切面  

          2.小型样品的精密切割

去金球 De-gold bump,去层,染色等，有些也需要相应的仪器机台，SEM可以查看die表面，SAM以及X－Ray观察封装内部情况以及分层失效。

除了常用手段之外还有其他一些失效分析手段，原子力显微镜AFM ,二次离子质谱 SIMS,飞行时间质谱TOF － SIMS ,透射电镜TEM , 场发射电镜,场发射扫描俄歇探针, X 光电子能谱XPS ,L-I-V测试系统，能量损失 X 光微区分析系统等很多手段，不过这些项目不是很常用。

芯片失效分析步骤:

    1、非破坏性分析：主要是超声波扫描显微镜（C-SAM）--看有没delamination，xray--看内部结构，等等；

    2 、电测：主要工具，万用表，示波器，sony tek370a

    3 、破坏性分析：机械decap，化学 decap芯片开封机

半导体器件芯片失效分析 芯片內部分析，孔洞气泡失效分析

延伸阅读：失效分析实验室介绍

北京软件产品质量检测检验中心（简称：北软检测）成立于2002 年7月，是经北京市编办批准，由北京市科学技术委员会和北京市质量技术监督局联合成立的事业单位。2004年1月，国家质量监督检验检疫总局批准在北软检测基础上筹建国家应用软件产品质量监督检验中心（简称：国软检测），2004年10月国软检测通过验收并正式获得授权，成为我国第一个国家级的软件产品质量监督检验机构。

中心依据国际标准 ISO/IEC 17025：2005《检测和校准实验室能力认可准则》和ISO 9001：2015《质量管理体系要求》建立了严谨的质量体系，拥有一流的软件测试平台，2600平方米的测试场地，1000多台套的测试设备和上百人的专业测试工程师队伍。目前具有资质认定计量认证（CMA）、资质认定授权证书（CAL）、实验室认可证书（CNAS）、检验机构认可证书（CNAS）、信息安全风险评估服务资质认证证书（CCRC），信息安全等级保护测评机构（DJCP）、ISO 9001：2015质量管理体系认证、ISO/IEC 27001：2013信息安全管理体系认证等各种资质。

   芯片检测实验室能够依据国际、国内和行业标准实施检测工作，开展从底层芯片到实际产品，从物理到逻辑全面的检测工作，提供芯片预处理、侧信道攻击、光攻击、侵入式攻击、环境、电压毛刺攻击、电磁注入、放射线注入、物理安全、逻辑安全、功能、兼容性和多点激光注入等安全检测服务，同时可开展模拟重现智能产品失效的现象，找出失效原因的失效分析检测服务，主要包括点针工作站（Probe Station）、反应离子刻蚀（RIE）、微漏电侦测系统（EMMI）、X-Ray检测，缺陷切割观察系统（FIB系统）等检测试验。实现对智能产品质量的评估及分析，为智能装备产品的芯片、嵌入式软件以及应用提供质量保证。

中心有完善的设备和技术团队，成熟的测试分析流程。主要分析项目包含Decap、X-Ray、3D X-Ray、SAT、IV、FIB、EMMI、SEM、EDX、OM、Probe、切割制样、Rie、定点研磨、非定点研磨、高温存储、低温存储等。

国家应用软件产品质量监督检验中心 

北京软件产品质量检测检验中心

集成电路产业促进部

赵工

北京市海淀区东北旺西路8号中关村软件园3A楼