芯片失效分析程序的基本原则

失效分析从何入手？

失效分析是为了查找失效原因，因为分析的某些步骤是破坏性的，不能重现，所以失效分析必须有计划有步骤地进行。为了防止在失效分析过程中把真正的失效因素或迹象遗漏掉，或引入新的失效因素，失效分析不仅需要十分小心地操作，而且还必须周密而科学地计划与安排，使每一步都能取得必要的信息。

失效分析程序的基本原则

先调查、了解与失效有关的情况（器件类型、应用时应力条件、失效现象等），后分析失效器件。

先做外部分析，后做内部（解剖）分析。

先做非破坏性分析，后做破坏性分析。

一、开封前

1. 对失效器件本身（线路、结构、版图、工艺、性能、材料等）应作全面了解。

2. 失效情况的调查

失效器件类型、外壳、封装类型、生产厂、生产日期和批号；

使用单位，使用器件的设备名称、台号、失效部位，累计运行时间，器件在设备中的功能；

失效时的环境（调试、运行、高温、振动、冲击、验收成现场使用），失效时间，失效现象（开路、短路、无功能、参数变化、判别标准等），失效判断人。

3. 复测电特性，验证失效情况。所得结果是否与所报告的失效情况相符；不符时要考虑是否器件特性改变；是时好时坏的问题，还是原来数据有误；

4. 初步电测试。又分功能测试和非功能测试，前者对全部电参数进行测试，后者为脚与脚之间的测试。并与同类正常器件比较由差别估计失效的部位与原因。

5. 外观镜检。目检或在至少放大30倍的显微镜下进行。内容包括外引线、电镀层、锡焊等，有无机械损伤，腐蚀，标记完整性如何等。对任何异常情况，应进行拍照记录。

6. 对管壳进行密封性检查，是否存在漏气。

7. 必要时进行X射线照相，以检查器件结构是否正常，有无多余物存在，也可进行管壳内水汽含量分析，判别失效是否与水汽有关。

8. 失效模式的分类与统计。

二、开封后

1. 内部镜检：

楔形键合第一点尾部的开裂

用立体显微镜或高倍显微镜检查芯片，确认内部材料、设计、结构、工艺上是否有误用、缺陷、或异常情况，是否有烧毁、腐蚀迹象，键合丝的形状、尺寸、位置是否正确，芯片有无裂纹、外来异物，颜色是否正常，铝条是否有电迁移、发黑、长毛、出现象紫斑等现象。特别要观察失效部位的形状、尺寸、大小、颜色、结构等。必要时要进行拍照记录。

2. 电学测试：

与开封前测试结果加以比较，是否有改变，管壳内是否有水汽的影响。进一步可将表面氧化层、铝条去掉，用机械探针扎在有关节点上进行静态（动态）测试、判断被隔离部分是否性能正常，分析失效原因。

各涂层或薄膜可用不同方法去除

芯片表面涂层可用化学法腐蚀去除。 

钝化层可用氟等离子体刻蚀，对SiO2及PSG层也可用稀氢氟酸（加少量氟化铵）腐蚀；Si3N4用氟化铵:醋酸:去离子水＝11（体积）混合液腐蚀；聚酰亚铵用发烟硝酸腐蚀；对多晶硅用1mlHF十26ml HNO3十33m1CH2COOH混合液腐蚀。

铝层用激光束切断，或用稀硫酸(或盐酸)溶去。

3. 断面观察

Al-Au 金属间化合物形貌

对失效可疑部位如PN结、芯片断面、管壳封接处等，可取下相关部分浇入石腊或塑料中，制成磨片。对磨片经过研磨、抛光、腐蚀及染色等步骤，将观察目标暴露出来，在显微镜下观察、拍照。

4. 必要时进行微区表面分析。

三、军标GJB-548A

我国军标GJB-548A中方法5003中具体规定了失效分析程序，可以参考。

编辑：黄飞