集成电路失效分析及案例分享

静电测试
HBM/MM Latch up
TLP
材料分析
TOF-SIMS
AES
XPS
TXRF
EDX
FTIR
AFM
Ip±
Principle
A± , B± AB±
e- Auger e-
hν (xray)
Photon
e-
(x-ray) (x-ray)
hν
hν
e-
(x-ray)
hν
IR hν
IR hν
AB AB B
静电测试
• •
•
人体放电模式 (HBM) / 机器放电模式 (MM) /电性栓锁测试 (Latch up) 充电放电模式 (CDM) 传输线脉冲 (TLP)
– 100 ns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-Fast TLP)
－ 1 - 10 ns 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


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）。
3D X-Ray应用介绍
3D X-Ray应用介绍-芯片封装
Voids Wire sweep THT solder filling level Cracks Bonding Wire Inspection
TFT-Glass TFT-Glass
TFT-Glass
Page 48 of N
COG导电粒子交界面
IC Bump
ACF
Ti Al Ti ITO TFT-Glass
FOG导电粒子元素 成分分析
Page 50 of N
半导体芯片失效分析
双束聚焦粒子束FIB
封装芯片I-V电性分析
GOOD REJECT
CF结构
上定向层
Color filter
TFT-CF玻璃裂纹
COG/FOG分析
COG导电粒子交界面
TFT-Glass ACF IC Bump IC Bump
ACF
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COG导电粒子交界面
Bump
IC Bump
IC Bump
ACF
ACF
ACF
Ti Al Ti ITO
ITO
HBM Tester
VF-TLP ESD Tester
材料结构分析
• SEM – EDX/EBSD
• Ion Milling
• FIB • TEM
材料表面分析 Surface Material
•XPS •TOF-SIMS •D-SIMS •Auger •AFM •FTIR •Raman •ICP-MS •GC-MS •IC •TGA/DSC
LED 3D FIB
45nm Transistor FIB
Large 80um Bump FIB Cut
TEM on 0.13um Gate
TEM 2.34nm GOX
1000um width Ion Milling
芯片线路修改
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
3D百度文库X-Ray应用介绍-Wire Bonding
• • • •
•
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
3D X-Ray应用介绍-焊接检查
• • • 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
3D X-Ray应用介绍-元器件、PCBA及IC Package
Ag Finger
a-Si
Back Metal

元器件2维图像 元器件3维重构 多层板的横截面
3D X-Ray应用介绍-Chip Level
3D X-Ray应用介绍-LED
Measurement
3D X-Ray应用介绍-多层PCBA检测
3D X-Ray应用介绍-连接线断裂的案例
3D X-Ray应用介绍-贵重饰品
微焦点计算机断层扫描技术- µCT
2D
微焦点计算机断层扫描技术- µCT
In-Cell TFT-LCD结构分析
In-Cell TFT-LCD结构分析
TCCN Source IC
COG
MCU Sensor Circuit
Tx
Vcom 1 Vcom 2 Vcom 3 Vcom 4 Vcom 5 Vcom 6 Vcom 7
G O A
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
第一次平面TEM观测
第二次平面TEM观测
平面TEM加截面TEM分析
第一次平面TEM 第二次截面TEM
Solar芯片分析
Failure Analysis
Solar Cell
集成电路失效分析及案例分享
行业覆盖
•半导体Semiconductor •平板显示 Flat Panel •发光二极管 LED •硬盘Storage & Peripheral •电子元器件Electronics Components •设备厂商Equipment Manufacturer •研究机构及大学院校 Research Institute & University
E B C Good site
Thermal Hot Spot Conductive AFM
E B C Bad site
nA map
SEM
E B
+1V Bias
+1V Bias
I(nA) AFM Conductive 50
EMMI (Front/Back)
OBIRCH (Front/Back)
物性失效分析
D-SIMS 7f-auto
TOF-SIMS Ion-Tof5
AFM Dimension
XPS Quantera 2
动态二次离子质谱D-SIMS
Rp
D Rp
检测灵敏度： ppb-ppm 深度分析：20um
Cameca IMS 7f Auto The first one in the world!!
• 光学显微镜检测 • 电性 I-V 测试 • 封装级定位TDR/Thermal Imaging • 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
Decapsulation
3D X-Ray
SiNx Gl-SiOx LTPS B-SiOx B-SiNx
Shield metal (Mo-W)
Glass
Shield metal (Mo-W)
TEM on 标准尺寸
3
2 1
TEM-1
TEM on LTPS最小尺寸
SiON
SiOX
Poly Si SiOX
GI remain OK
SiN
Mo
TEM-2
Lower Alignment layer (Polymer)
V pixel ITO
Nitride
Nitride
V pixel ITO
ITO, Vcom, Tx
ITO, Vcom, Tx
Ti PLN (PC403) Al Ti Al
Ti
Ti
SiOx Gate 1 (Mo-W) Gate 2 (Mo-W)
IR hν
Element Range
Isotope Detection Limit Signal Depth Lateral Resolution Chemical Info
H~U
Li ~ U
Li ~ U
S~U
B~U
--
--
√
ppb ~ ppm < 1nm 0.1 ~ 1µ m
×
0.1 ~ 1 at.% 2 ~ 10nm 10nm
Failing Pins : AF17
AF17
“Short” I-V curve when probe with reported failing pins (AF17) wrt GND/ VCC pin.
VDD VSS
双束聚焦粒子束FIB
ESD失效热点分析
pin AE17
pin AE17
VID[2] (AE17) vs VDD: Bias at constant current of 10uA
• 样品最大尺寸 800x500 mm • 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 • Quick Scan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
飞行时间离子质谱 TOF-SIMS
ION-TOF5
• • • •
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10um
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。
主要客户
胜科纳米的分析领域



CVD PVD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 Ion Implantation 离子扩散 Ion Diffusion 微量元素分析 表面有机/无机污染物 表面粗糙度 Surface Roughness 有机基体分析 Organic substrate 打线 Wire Bonding 电性测试 Electrical Testing
一站式分析
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, CMP SEM, DB-FIB, HR-TEM Ion Milling, Spectroscopic Ellipsometer 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, TGA
×
0.1 ~ 1 at.% 2 ~ 10nm 10µ m
×
ppm 3nm 10mm
×
0.1 ~ 1 at.% 0.5µ m 0.3µ m
×
0.1 ~ 1 at.% 1um~3um 10 ~ 100µ m
×
-~ 10nm < 1nm
×
×
√
×
×
√
×
Mapping
NDT
√
√
√
√
√
√
×
√
√
√
×
√
√
√
电性失效分析
双束聚焦粒子束FIB
ESD失效-微观结构分析
Drain
Source
Channel between the Drain and source was observed to have been fused
3维结构分析分析
平面TEM加截面TEM分析
TEM viewing direction 1_PV
TEM TFT 最小尺寸
GI ave. 208A
TFT Poly Si
SiON
SiOX
Mo SiN
SiOX
SiN
TFT多层膜厚的高分辨TEM分析
Poly Si表面粗糙度的AFM分析
LTPS晶粒大小和取向
BF TEM
Combined DF TEM
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。
G O A
Vcom 8
Vcom 9 Vcom 10
Rx
TFT-LCD结构分析
ITO (Rx)
ITO Dummy
Half pitch ITO(Rx)
TFT-LCD模组结构厚度
LC Gap
LTPS TFT
Al LTPS Gate
V pixel ITO
Al to LTPS contact
V pixel ITO
FIB circuit modification on 90nm IC
Laying test pad
Yxlon 3D X-Ray系统(工业CT)
应用领域分类
• 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 3D X-Ray性能参数 • 检测范围 460x410 mm