電子元件失效分析技術(shù)-資料下載頁
2025-01-21 15:42本頁面
【正文】 生熱疲勞現(xiàn)象。 ? 測試方法： ? C－ SAM ? 紅外熱相儀觀察 ? 解剖看端面 （ VLSI）的主要失效機(jī)理和分析技術(shù) ? VLSI的特點(diǎn)： ? 每芯片元件數(shù)巨大、線寬很窄、介質(zhì)層厚度和元件尺寸都很小，電源電壓不可能再降低，導(dǎo)致 VLSI的單位元件內(nèi)的電場強(qiáng)度、電流密度比分立器件大很多。 VLSI的主要失效機(jī)理 失效模式 失效機(jī)理 檢測方法 開路 EOS、 ESD、金屬電遷移、應(yīng)力遷移、金屬腐蝕、latch up 電壓襯度相、閃頻電壓襯度相 SEM 漏電或短路 ESD、 EOS、 PN結(jié)缺陷、正常電壓下的介質(zhì)擊穿 液晶熱點(diǎn)檢測、光發(fā)射顯微鏡 電參數(shù)漂移 鈉離子沾污、封裝內(nèi)水汽凝結(jié)、熱載流子效應(yīng) 光發(fā)射顯微鏡 高集成度引起的特殊失效 Latch up、金屬電遷移、介質(zhì)擊穿、熱載流子效應(yīng) 光發(fā)射顯微鏡 SEM 金屬化互連線開路的失效機(jī)理和失效定位技術(shù) ? 發(fā)生原因： ? Latch up（ EOS的一種），表現(xiàn)為電源對(duì)地的電流劇增，在電源接通時(shí)，即使去掉出發(fā)信號(hào)，大電流并不消失，閂鎖的持續(xù)會(huì)導(dǎo)致電源和地間的金屬互連線的燒毀。 ? 金屬電遷移，主要是隨著超大規(guī)模集成電路的密度增加，金屬互連線變得更窄，電子動(dòng)量的沖擊使金屬產(chǎn)生疲勞。 ? 金屬的應(yīng)力遷移，熱循環(huán)中的金屬受到應(yīng)力作用，產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象。 ? 金屬的化學(xué)腐蝕。 ? 檢測技術(shù)： ? SEM、電壓襯度像、閃頻電壓襯度像、 、 VLSI漏電和短路的主要失效機(jī)理和失效定位技術(shù) ? 失效機(jī)理： ? 靜電放電、過電損傷和正常電壓下的介質(zhì)擊穿 ? 原因： ? VLSI CMOS的氧化層厚度小于 30nm，但柵電壓沒有相應(yīng)的降低，導(dǎo)致高場強(qiáng)使介質(zhì)擊穿成為主要失效機(jī)理。 ? 介質(zhì)擊穿的種類： ? 使用和測試中的過電應(yīng)力（ EOS）和靜電放電（ ESD）等異常應(yīng)力超過介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度引起。 ? 電應(yīng)力作用下，由于介質(zhì)缺陷引起局部高電場，導(dǎo)致介質(zhì)擊穿。 ? 與時(shí)間相關(guān)的擊穿（ TDDB），這是由于介質(zhì)中的可動(dòng)鈉離子在電場作用下遷移引起的。 ? 介質(zhì)缺陷的種類： ? 介質(zhì)過薄 ? 介質(zhì)夾雜物 ? 介質(zhì)針孔 ? 介質(zhì)裂紋 ? 介質(zhì)沾污 ? 介質(zhì)多孔 ? VLSI漏電和短路的主要失效定位技術(shù)： ? 液晶熱點(diǎn)檢測、顯微紅外熱像儀 適用于發(fā)熱型漏電失效，一般由歐姆短路引起。 ? 光發(fā)射顯微鏡（ PEM） 適用于光輻射型漏電失效，波長范圍250nm~1050nm，空間分辨率 1um，檢測靈敏度 1uA。 、熱載流子注入的失效機(jī)理與失效定位技術(shù) ? 熱載流子效應(yīng)： ? MOS器件在減小器件溝道和柵極尺寸而電壓卻沒有相應(yīng)按比例縮小，結(jié)果使溝道電場增加，當(dāng)載流子在大于 10000V/cm的高電場下運(yùn)動(dòng)時(shí)，它從電場獲得的能量大于散射過程中與原子碰撞損失的能量，因而載流子的溫度將超過晶格溫度，因此稱為熱載流子。 熱載流子的種類 ? 溝道熱載流子 ? 載流子在漏極電壓形成的高電場下，從源極向漏極加速運(yùn)動(dòng)，在達(dá)到漏極邊緣之前，部分載流子獲得足以克服 Si－ SiO2界面勢壘的能量，熱電子會(huì)注入到柵極下面的 SiO2層中。 ? 雪崩熱載流子 ? 某些熱載流子與硅原子碰撞電離，產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，進(jìn)而產(chǎn)生雪崩熱載流子，使溝道電流倍增。這些載流子的大部分受到加速后能通過柵氧化層，形成可測量的柵極電流；其中一小部分載流子將被氧化層中的陷阱俘獲，由于陷阱電子產(chǎn)生的電荷積累而引起電參數(shù)不穩(wěn)定，表現(xiàn)為閾值電壓漂移或跨導(dǎo)值降低。 ? 失效分析： ? 由于溝道電子與硅原子發(fā)生碰撞電離時(shí)，產(chǎn)生的雪崩熱載流子會(huì)發(fā)生電子－空穴對(duì)復(fù)合并發(fā)出微光，因此可以用光輻射顯微鏡來確認(rèn)熱載流子失效位置。 VLSI失效分析技術(shù)的發(fā)展趨勢 失效定位后的分析技術(shù)： ? 帶有激光切割的機(jī)械探針臺(tái)，對(duì)可疑器件隔離探測。 ? EBT－－高分辨率的取樣示波器 ? FIB－－高分辨率的快速剖切面技術(shù) ? 微區(qū)成份分析儀器，俄歇電子譜儀，二次離子質(zhì)譜儀等 ? EBIC－－電子束感應(yīng)電流像， PN結(jié)成像 ? 案例 3： 一塊 CPU電路在整機(jī)可靠性鑒定試驗(yàn)中功能失常，各端口對(duì)地特性正常，開封分析可見電源正端的金屬化互連線在一支路的窄小處燒斷（箭頭處），表面電源端對(duì)地曾經(jīng)發(fā)生過大電流。 現(xiàn)場調(diào)查：在試驗(yàn)中對(duì)整機(jī)加電操作時(shí)，曾發(fā)現(xiàn)供電電源發(fā)生輸出電壓過沖，瞬間電壓變高的現(xiàn)象，之后整機(jī)工作電流出現(xiàn)異常，換電路后整機(jī)正常。 說明過沖峰值電壓串入 CPU電路電源，造成電源端對(duì)地?fù)舸?，?dǎo)致器件發(fā)生局部閂鎖效應(yīng)。閂鎖效應(yīng)產(chǎn)生的大電流導(dǎo)致金屬化互連線燒毀。 CMOS電路的防閂鎖設(shè)計(jì) 隔離環(huán)結(jié)構(gòu) 保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)
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