集成电路失效分析及案例分享

集成电路失效分析及案例分享•半导体Semiconductor•平板显示FlatPanel•发光二极管LED•硬盘Storage&Peripheral•电子元器件ElectronicsComponents•设备厂商EquipmentManufacturer•研究机构及大学院校ResearchInstitute&University行业覆盖主要客户胜科纳米的分析领域CVDPVD镀层分析MOCVD量子阱ALD，BME原子层金属电镀结构光刻膜形貌Lithography离子注入IonImplantation离子扩散IonDiffusion微量元素分析表面有机/无机污染物表面粗糙度SurfaceRoughness有机基体分析Organicsubstrate打线WireBonding电性测试ElectricalTesting失效重现:Electrical,Optical,Environmental,Mechanical封装级分析:X-Ray,CSAM,TDR,Thermal封装开封:Decapsulation,De-lid电性失效分析失效定位:EMMI,OBIRCH,Thermal芯片线路修改&显微探针检测纳米探针检测:CAFM,AFP物性失效分析去层:RIE,Chemical,CMPSEM,DB-FIB,HR-TEM材料分析表面分析:TOF-SIMS,XPS,Auger近表面分析:D-SIMS,EDX,FTIR基体分析:ICP-MS,XRD,XRF,TGAIonMilling,SpectroscopicEllipsometer静电测试HBM/MMLatchupTLP一站式分析材料分析TOF-SIMSAESXPSTXRFEDXFTIRAFMPrincipleElementRangeH~ULi~ULi~US~UB~U----Isotope√××××××DetectionLimitppb~ppm0.1~1at.%0.1~1at.%ppm0.1~1at.%0.1~1at.%--SignalDepth1nm2~10nm2~10nm3nm0.5µm1um~3um~10nmLateralResolution0.1~1µm10nm10µm10mm0.3µm10~100µm1nmChemicalInfo××√××√×Mapping√√√×√×√NDT√√√√√√√ABABBIp±A±,B±AB±e-Augere-hν(x-ray)Photone-hν(x-ray)hν(x-ray)e-hν(x-ray)IRhνIRhνIRhν电性失效分析•光学显微镜检测•电性I-V测试•封装级定位TDR/ThermalImaging•封装化学开封/截面分析•芯片内部失效定位EMMI/TIVA/OBIRCH•芯片去层•PVC/CAFM•p-n结化学染色•晶圆缺陷电性失效分析3DX-RayThermalHotSpotDecapsulationEMMI(Front/Back)OBIRCH(Front/Back)ConductiveAFM+1VBias+1VBiasBadsiteGoodsiteEBCEBCConductiveAFMSEMOBIRCHI(nA)V(volt)0.25000.4-0.4-0.2-50Badsite:Emitter-CollectorshortEBCnAmap45nmTransistorFIB1000umwidthIonMillingLarge80umBumpFIBCutTEMon0.13umGateTEM2.34nmGOXLED3DFIB物性失效分析FIBcircuitmodificationon90nmICLayingtestpad世界先进的芯片线路修改技术:•协助客户在3天内完成线路修改和电学测量,是重新流片效率的20倍•可实现多次修改及验证•可实现封装芯片的线路修改及再验证•大大降低芯片改版成本芯片线路修改Yxlon3DX-Ray系统(工业CT)•电子元器件、集成电路封装、线路板等内部位移及焊接缺陷等分析•胶封零件、电缆、装具、塑料件、汽车及航空零部件内部情况分析应用领域分类3DX-Ray性能参数•检测范围460x410mm•样品最大尺寸800x500mm•倾斜角度±72.5º•射线管功率64W•射线管的靶功率高达10瓦•用高功率靶材，可达到15W靶功率•Yxlon专利EXI开管•QuickScan功能•标准检测分辨率＜500纳米•几何放大倍数2000倍，最大放大倍数10000倍•进行各种二维检测和三维微焦点计算机断层扫描(μCT)•BGA和SMT（QFP）自动分析软件，空隙计算软件，通用缺陷自动识别软件和视频记录•16位实时图像处理•人体放电模式(HBM)/机器放电模式(MM)/电性栓锁测试(Latchup)•充电放电模式(CDM)•传输线脉冲(TLP)–100ns模拟人体放电模式脉冲以评估器件的静电特性–可应用于模块级及芯片级•超快传输线脉冲(Very-FastTLP)－1-10ns模拟充电放电模式脉冲以评估器件的静电特性－可应用于模块级及芯片级静电测试HBMTesterVF-TLPESDTester材料结构分析•SEM–EDX/EBSD•IonMilling•FIB•TEM材料表面分析SurfaceMaterial•XPS•TOF-SIMS•D-SIMS•Auger•AFM•FTIR•Raman•ICP-MS•GC-MS•IC•TGA/DSCD-SIMS7f-autoAFMDimensionTOF-SIMSIon-Tof5XPSQuantera2动态二次离子质谱D-SIMS检测灵敏度：ppb-ppm深度分析：20umRpDRpCamecaIMS7fAutoThefirstoneintheworld!!飞行时间离子质谱TOF-SIMS•检测灵敏度:ppm•全元素周期表质谱分析;•有机质谱分析•表面1nm和深度10umION-TOF5光谱椭偏仪•光谱椭偏仪的精度和速度完美结合。覆盖从深紫外到近红外的整个光谱范围测量，适合大范围的应用，实现快速质量控制过程的实时监控，现场控制，均匀性的映射等等。光谱范围：波长193~1000nm，500nm波长下，1.6nm像素解析度，5nm带宽，测试时间2-5s。光束直径：2mm～5mm，根据模型和配置。光束发散角：小于0.3（无聚焦）。3DX-Ray应用介绍VoidsWiresweepTHTsolderfillinglevelCracksBondingWireInspection3DX-Ray应用介绍-芯片封装•IC整体观察•裂键观察•楔键倾斜观察•最大倍率自上到下楔形键合金属线的观察•堆叠芯片的观察3DX-Ray应用介绍-WireBonding•自动计算芯片贴敷孔隙率•手动和自动区域检测•通过/失败的信息提示3DX-Ray应用介绍-焊接检查元器件2维图像元器件3维重构多层板的横截面3DX-Ray应用介绍-元器件、PCBA及ICPackage3DX-Ray应用介绍-ChipLevelMeasurement3DX-Ray应用介绍-LED3DX-Ray应用介绍-多层PCBA检测3DX-Ray应用介绍-连接线断裂的案例3DX-Ray应用介绍-贵重饰品2D微焦点计算机断层扫描技术-µCT微焦点计算机断层扫描技术-µCTIn-CellTFT-LCD结构分析In-CellTFT-LCD结构分析GOAGOATCCNSourceICMCUSensorCircuitCOGVcom1Vcom2Vcom3Vcom4Vcom5Vcom6Vcom7Vcom8Vcom9Vcom10TxRxTFT-LCD结构分析ITODummyITO(Rx)HalfpitchITO(Rx)TFT-LCD模组结构厚度LCGapLTPSTFTAlLTPSGateVpixelITOAltoLTPScontactGlassB-SiNxB-SiOxGl-SiOxSiNxSiOxPLN(PC403)AlNitrideLowerAlignmentlayer(Polymer)TiTiTiTiGate1(Mo-W)Gate2(Mo-W)LTPSVpixelITOITO,Vcom,TxAlVpixelITOVpixelITOITO,Vcom,TxNitrideShieldmetal(Mo-W)Shieldmetal(Mo-W)123TEMon标准尺寸TEM-1GIremainOKTEMonLTPS最小尺寸SiONSiOXSiOXMoPolySiSiNGIave.208ATEM-2TEMTFT最小尺寸PolySi表面粗糙度的AFM分析TFT多层膜厚的高分辨TEM分析SiONSiOXSiOXMoSiNSiNTFTPolySiLTPS晶粒大小和取向BFTEMCombinedDFTEM相同的颜色代表相同的晶粒取向。此样品中LTPS晶粒取向是随机分布的。上定向层ColorfilterCF结构TFT-CF玻璃裂纹COG/FOG分析Page47ofNCOG导电粒子交界面ACFICBumpACFICBumpTFT-GlassPage48ofNCOG导电粒子交界面ACFBumpTFT-GlassITOACFICBumpACFICBumpTFT-GlassITOTiAlTiTFT-GlassCOG导电粒子交界面ACFICBumpTFT-GlassITOTiAlTiPage50ofNFOG导电粒子元素成分分析半导体芯片失效分析AF17VSSVDDFailingPins:AF17REJECTGOOD“Short”I-Vcurvewhenprobewithreportedfailingpins(AF17)wrtGND/VCCpin.双束聚焦粒子束FIB封装芯片I-V电性分析VID[2](AE17)vsVDD:Biasatconstantcurrentof10uApinAE17pinAE17双束聚焦粒子束FIBESD失效热点分析ChannelbetweentheDrainandsourcewasobservedtohavebeenfusedSourceDrain双束聚焦粒子束FIBESD失效-微观结构分析3维结构分析分析TEMviewingdirection1_PV平面TEM加截面TEM分析第一次平面TEM观测平面TEM加截面TEM分析第一次平面TEM观测平面TEM加截面TEM分析第二次平面TEM观测第一次平面TEM观测平面TEM加截面TEM分析第一次平面TEM第二次截面TEM平面TEM加截面TEM分析Solar芯片分析FailureAnalysisSolarCellAgFingera-SiBackMetalA-SiSilverfingercrosssectionSolarCellFIB定位结构分析SolarSiNlayermeasurementSolarCellFIB定位结构分析TEMimagingonsolarAginterfaceSolarsampleTEMlamellapreparationFIB定位制备TEM样品LED封装分析LED芯片封装分析大区域LED封装截面分析，并对其中荧光粉、键合、芯片进行分析。LED封装焊接凸点的截面分析，可检测微裂纹、分层、空洞等封装失效。正装结构倒装结构LED银线TEM分析过程68Sampleliftout样品减薄最终TEM样品银线-金pad晶粒IMC分析69AgwireAupadLED银线TEMEDX线扫70AgwireAupadAgwireAupad银线TEM-EDS点分析71TheforeignmaterialcontainsCandSiOxAgwireAupad银线TEMandSTEM图像72AupadPtCrGaNAupadPtCrGaNAgwire污染物分析TFT样品污染物分析：a)分析沙状defect的成分及来源。b)Cutatlocation1.SeO2Mo-WPolySiMo-WPolySiGI-SiNxGI-SiOxM1PolySiTEM-EDX分析Cusignalisfro