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芯片失效分析是一个系统性的技术过程，需要根据失效现象和客户需求，选择适当的检测项目。从宏观到微观，从非破坏到破坏性分析，每一步都有特定的技术和设备。本文将系统介绍芯片失效分析中常见的检测项目。
失效分析没有固定的检测清单，而是根据具体情况逐步深入。以下是按分析阶段划分的常用检测项目。
第一阶段：非破坏性检测
在不破坏芯片的前提下，尽可能多地获取内部信息。
| 检测项目 | 设备 | 检测目的 |
|---|---|---|
| 外观检查 | 体视显微镜、金相显微镜 | 检查封装裂纹、引脚氧化、标记模糊等 |
| X-ray检测 | X射线显微镜 | 检查内部结构：键合线、芯片位置、焊点空洞 |
| 超声扫描 | C-SAM | 检测分层、空洞、裂纹 |
| I-V曲线测试 | 半导体参数分析仪 | 验证失效模式：开路、短路、漏电 |
| 功能测试 | 自动测试设备 | 验证逻辑功能是否正常 |
第二阶段：失效定位
确定失效点在芯片上的具体位置，为后续微观观察指引方向。
- 热定位技术：
- 红外热成像：检测工作时的热点，适用于短路、漏电失效
- OBIRCH：激光诱导电阻变化成像，精确定位金属短路、空洞
- 光辐射定位技术：
- EMMI：检测失效点发出的微弱光子，适用于PN结漏电、击穿
- InGaAs：对硅材料更敏感，检测更深层的发光
- 电子束定位技术：
- EBAC/EBIC：在SEM内用电子束感生电流，定位开路或漏电点
第三阶段：开封与样品制备
为了观察内部结构，需要去除封装材料。
| 检测项目 | 方法 | 应用场景 |
|---|---|---|
| 化学开封 | 发烟硝酸/浓硫酸加热溶解 | 塑封器件开封 |
| 机械开封 | 研磨、切割 | 陶瓷/金属封装 |
| 局部开封 | 激光开窗+化学腐蚀 | 需要保持电连接的情况 |
| 去层 | 反应离子刻蚀、化学腐蚀 | 逐层去除介质层，暴露下层金属 |
第四阶段：微观观察
开封后，用显微镜观察内部结构。
- 光学显微镜观察：
- 低倍率观察整体形貌
- 记录可见的缺陷：烧毁、腐蚀、污染
- 测量尺寸：键合线弧高、芯片位置
- 扫描电子显微镜观察：
- 高倍率观察细节：金属化缺陷、氧化层损伤
- 二次电子像：形貌信息
- 背散射电子像：成分衬度
- 能谱分析：
- 微区成分分析
- 异物鉴定
- 腐蚀产物分析
第五阶段：截面分析
对于需要观察垂直方向结构的缺陷，进行截面分析。
| 检测项目 | 方法 | 应用场景 |
|---|---|---|
| 机械研磨截面 | 树脂镶嵌+研磨抛光 | 观察多层结构、通孔、焊点 |
| FIB切割 | 聚焦离子束定点切割 | 精确定位缺陷截面，制备TEM样品 |
第六阶段：深入分析
对于需要原子尺度观察的情况，进行更深入的分析。
- 透射电子显微镜：
- 观察原子尺度结构：栅氧化层、晶体缺陷
- 选区电子衍射：晶体结构分析
- 高分辨成像：原子排列
- 二次离子质谱：
- 痕量元素分析
- 掺杂浓度深度分布
- X射线光电子能谱：
- 表面成分和化学态分析
按失效类型的推荐检测项目
| 失效类型 | 优先检测项目 |
|---|---|
| 开路失效 | X-ray检查键合线→开封观察→EBAC定位→FIB截面 |
| 短路/漏电 | I-V曲线→OBIRCH/EMMI定位→去层观察→FIB截面 |
| 功能失效 | 功能测试→EMMI定位→去层观察→SEM/EDS |
| 参数漂移 | 电参数测试→热定位→去层观察→FIB/TEM |
汇策晟安检测的失效分析服务
汇策晟安检测拥有完整的失效分析平台，可为您提供从非破坏检测到微观分析的全套服务：
- 非破坏检测：X-ray、C-SAM、IR
- 失效定位：OBIRCH、EMMI、InGaAs
- 开封制样：化学开封、机械开封、去层
- 微观观察：SEM、EDS、FIB
- 深入分析：TEM、XPS、SIMS
我们的专家团队将根据您的具体需求，定制最优的分析方案，帮助您快速找到失效根本原因。
