靜電放電(ESD)和閂鎖(Latch-up)是集成電路(IC)較主要的場致失效模式。ESD靜電和閂鎖測試系統(tǒng)能有效觸發(fā)器件的潛在缺陷，驗證其防護能力。然而，測試本身僅能判斷“好壞”——器件是否失效。要真正理解失效機理、改進設(shè)計或工藝，關(guān)鍵在于精確定位損傷點。此時，光學(xué)顯微鏡(OM)和發(fā)射顯微鏡(EMMI)成為失效分析實驗室中關(guān)鍵的“火眼金睛”。
第一步：電性失效分析與初步定位
在ESD測試后，首先通過電性測試(如參數(shù)測試、功能測試)確認(rèn)器件失效模式(如漏電、開路、短路)。利用液晶熱點檢測或紅外熱成像(IR-OBIRCH)等技術(shù)，可以在不破壞器件的情況下，大致定位到芯片表面因大電流或局部過熱而產(chǎn)生的異常區(qū)域，為后續(xù)高精度分析指明方向。
第二步：逐層去層與光學(xué)顯微鏡檢查
根據(jù)初步定位，需對封裝進行逐層去層(Decapsulation)，通常使用化學(xué)蝕刻(如濃硫酸、等離子刻蝕)或機械研磨，小心地去除封裝材料(塑封料、金屬蓋)和鈍化層，直至暴露硅芯片表面。
光學(xué)顯微鏡(OM)檢查：這是較直接的手段。在高倍率(100x-1000x)下仔細(xì)檢查可疑區(qū)域。典型的ESD損傷點常表現(xiàn)為：
熔融孔洞或燒蝕坑：金屬互連或硅基底因瞬間大電流產(chǎn)生焦耳熱而熔化、汽化形成的明顯物理損傷。
金屬化層熔斷或變色：金屬導(dǎo)線因過熱而斷裂或呈現(xiàn)氧化變色。
鈍化層開裂或起泡：局部過熱導(dǎo)致覆蓋層破裂。
閂鎖損傷：可能表現(xiàn)為大面積的硅熔融或雙極晶體管區(qū)域的燒毀。
第三步：發(fā)射顯微鏡(EMMI)精確定位
對于微小、隱蔽或未造成明顯物理形變的損傷(如柵氧擊穿、微小漏電路徑)，光學(xué)顯微鏡可能無能為力。此時，發(fā)射顯微鏡(EMMI)發(fā)揮關(guān)鍵作用。
EMMI基于光子發(fā)射原理。當(dāng)失效點在通電時存在微弱的漏電流或載流子復(fù)合，會發(fā)出微弱的近紅外光子。EMMI系統(tǒng)配備超靈敏的液氮冷卻CCD相機，在全部黑暗的環(huán)境中掃描芯片表面，捕捉這些極其微弱的光發(fā)射信號。
優(yōu)勢：EMMI具有較高的空間分辨率和靈敏度，能精確定位到亞微米級別的漏電點，且對樣品無損傷。
應(yīng)用：特別適用于定位柵氧擊穿(GOI)、結(jié)漏電、閂鎖路徑中的熱點等“軟失效”點。其成像結(jié)果能清晰地顯示一個或多個亮點，精確指向損傷中心。
OM提供直觀的物理損傷圖像，EMMI則揭示電性異常的微弱光信號。兩者結(jié)合使用，可以相互印證，實現(xiàn)從宏觀到微觀、從物理形變到電性異常的全面損傷定位。精準(zhǔn)定位損傷點后，再結(jié)合聚焦離子束(FIB)進行剖面制備和掃描電鏡(SEM)觀察，即可深入分析失效的微觀結(jié)構(gòu)和根本原因，為芯片的可靠性提升提供無可辯駁的證據(jù)和改進方向。
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更新時間：2025-12-04 
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