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半导体器件失效分析与检测摘要：本文对半导体器件的失效做了详尽分析，并介绍了几种常用的失效检测方法。

1 半导体器件失效剖析经过剖析可知形成半导体器件失效的要素有很多，我们主要从几个方面进论述。

1.1 金属化与器件失效环境应力对半导体器件或集成电路牢靠性的影响很大。

金属化及其键合处就是一个不容无视的失效源。

迄今，大多数半导体器件平面工艺都采用二氧化硅作为掩膜钝化层。

为在芯片上完成互连，常常在开窗口的二氧化硅层上淀积铝膜即金属化。

从物理、化学角度剖析，金属化失效机理大致包括膜层张力、内聚力、机械疲倦、退火效应、杂质效应及电迁移等。

1.2 晶体缺陷与器件失效晶体缺陷招致器件失效的机理非常复杂，有些问题至今尚不分明。

晶体缺陷分晶体资料固有缺陷(如微缺陷)和二次缺陷两类。

后者是在器件制造过程中，由于氧化、扩散等热处置后呈现或增殖的大量缺陷。

两种缺陷或者彼此互相作用，都将招致器件性能的退化。

二次击穿就是晶体缺陷招来的严重结果。

1.2.1 位错这种缺陷有的是在晶体生长过程中构成的(原生位错)，有的是在器件工艺中引入的(诱生位错)。

位错易沿位错线加速扩散和析出，间接地促成器件劣化。

事实证明，表面杂质原子(包括施主和受主)沿位错边缘的扩散比在圆满晶体内快很多，其结果常常使P-N结的结平面不平整以至穿通。

鉴于位错具有“吸除效应”，对点缺陷如杂质原子、点阵空位、间隙原子等起到内部吸收的作用，故适量的位错反而对器件消费有利。

1.2.2 沉淀物除位错形成不平均掺杂外，外界杂质沾污也会带来严重结果，特别是重金属沾污，在半导体工艺中是经常发作的。

假如这些金属杂质存在于固溶体内，其危害相对小一些;但是，一旦在P-N结处构成堆积物，则会产生严重失效，使反向漏电增大，以至到达毁坏的水平。

堆积需求成核中心，而位错恰恰提供了这种中心。

硅中的二次孪生晶界为堆积提供了有利的成核场所，所以具有这种晶界的二极管，其特性明显变软。

1.2.3 二次缺陷。

半导体器件失效分析_半导体器件芯片焊接技巧及控制随着技术的发展，芯片的焊接（粘贴）技巧也越来越多并不断完善。

半导体器件焊接（粘贴）失效主要与焊接面洁净度差、不平整、有氧化物、加热不当和基片镀层质量有关。

树脂粘贴法还受粘料的组成结构及其有关的物理力学性能的制约和影响。

要解决芯片微焊接不良问题，必须明白不同技巧的机理，逐一分析各种失效模式，及时发现影响焊接（粘贴）质量的不利因素，同时严格生产过程中的检验，加强工艺管理，才能有效地避免因芯片焊接不良对器件可靠性造成的潜在危害。

本文首先介绍了芯片焊接（粘贴）技巧及机理，其次介绍了失效模式分析，最后介绍了焊接质量的三种检验技巧以及焊接不良原因及对应措施，具体的跟随小编一起来了解一下。

芯片焊接（粘贴）技巧及机理芯片的焊接是指半导体芯片与载体（封装壳体或基片）形成牢固的、传导性或绝缘性连接的技巧。

焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。

其技巧可分为树脂粘接法和金属合金焊接法。

树脂粘贴法是采用树脂粘合剂在芯片和封装体之间形成一层绝缘层或是在其中掺杂金属（如金或银）形成电和热的良导体。

粘合剂大多采用环氧树脂。

环氧树脂是稳定的线性聚合物，在加入固化剂后，环氧基打开形成羟基并交链，从而由线性聚合物交链成网状结构而固化成热固性塑料。

其过程由液体或粘稠液→凝胶化→固体。

固化的条件主要由固化剂种类的选择来决定。

而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的好坏。

掺银环氧粘贴法是当前最流行的芯片粘贴技巧之一，它所需的固化温度低，这能够避免热应力，但有银迁移的缺点。

近年来应用于中小功率晶体管的金导电胶优于银导电胶。

非导电性填料包括氧化铝、氧化铍和氧化镁，能够用来改善热导率。

树脂粘贴法因其操作过程中载体不须加热，设备简单，易于实现工艺自动化操作且经济实惠而得到广泛应用，尤其在集成电路和小功率器件中应用更为广泛。

树脂粘贴的器件热阻和电阻都很高。

树脂在高温下简单分解，有可能发生填料的析出，在粘贴面上只留下一层树脂使该处电阻增大。

半导体器件失效分析的研究失效原因分析是指通过测试和观察，找出失效器件的具体原因。

失效原因分析涉及到多个方面，包括电学性能测试、材料分析、物理形貌观察等。

在电学性能测试中，可以通过测试电流电压曲线、功率消耗分布和电子迁移速率等参数，判断失效原因是电路的过载、过电压或者热失效等。

材料分析则通过使用光学显微镜、扫描电子显微镜以及X射线衍射等手段，研究失效器件中材料的成分、结构和性能，进而推测失效原因。

物理形貌观察则通过观察失效器件的外部形貌和内部结构，找出可能的失效故障。

失效机理研究是指通过实验和理论推导，研究失效器件的具体机理。

失效机理研究主要是从物理和化学两个层面进行的。

在物理层面，主要研究器件内部的电子运动和能带结构等。

例如，在高电压条件下，电子和空穴的迁移速率会增加，进而导致器件的击穿失效。

在化学层面，主要研究材料的化学反应和氧化等。

例如，氧化会导致材料的导电性降低，进而引发器件的失效。

失效分析的研究对于提高半导体器件的可靠性和稳定性非常重要。

首先，通过失效分析，可以找到并解决问题，提高器件的性能。

其次，在失效分析的基础上，可以优化器件的设计和制造工艺，提高器件的可靠性。

最后，失效分析还可以为半导体器件的故障预测和预防提供依据，降低后期维护和更换的成本。

总之，半导体器件失效分析的研究对于提高器件的性能和可靠性至关重要。

通过失效原因分析和失效机理研究，可以找出器件的失效原因，并采取相应的改进措施。

通过失效分析的研究，可以为半导体器件的设计和制造提供参考和依据，提高器件的可靠性和稳定性。

同时，失效分析还可以为器件的故障预防和预测提供依据，降低后期维护和更换的成本。

半导体器件失效分析半导体器件失效分析就是通过对失效器件进行各种测试和物理、化学、金相试验，确定器件失效的形式(失效模式)，分析造成器件失效的物理和化学过程(失效机理)，寻找器件失效原因，制订纠正和改进措施。

加强半导体器件的失效分析，提高它的固有可靠性和使用可靠性，是改进电子产品质量最积极、最根本的办法，对提高整机可靠性有着十分重要的作用。

半导体器件与使用有关的失效十分突出，占全部失效器件的绝大部分。

进口器件与国产器件相比，器件固有缺陷引起器件失效的比例明显较低，说明进口器件工艺控制得较好，固有可靠性水平较高。

1. 与使用有关的失效与使用有关的失效原因主要有：过电应力损伤、静电损伤、器件选型不当、使用线路设计不当、机械过应力、操作失误等。

①过电应力损伤。

过电应力引起的烧毁失效占使用中失效器件的绝大部分，它发生在器件测试、筛选、安装、调试、运行等各个阶段，其具体原因多种多样，常见的有多余物引起的桥接短路、地线及电源系统产生的电浪涌、烙铁漏电、仪器或测试台接地不当产生的感应电浪涌等。

按电应力的类型区分，有金属桥接短路后形成的持续大电流型电应力，还有线圈反冲电动势产生的瞬间大电流型电应力以及漏电、感应等引起的高压小电流电应力；按器件的损伤机理区分，有外来过电应力直接造成的PN结、金属化烧毁失效，还有外来过电应力损伤PN结触发CMOS电路闩锁后引起电源电流增大而造成的烧毁失效。

②静电损伤。

严格来说，器件静电损伤也属于过电应力损伤，但是由于静电型过电应力的特殊性以及静电敏感器件的广泛使用，该问题日渐突出。

静电型过电应力的特点是：电压较高(几百伏至几万伏)，能量较小，瞬间电流较大，但持续时间极短。

与一般的过电应力相比，静电型损伤经常发生在器件运输、传送、安装等非加电过程中，它对器件的损伤过程是不知不觉的，危害性很大。

从静电对器件损伤后的失效模式来看，不仅有PN结劣化击穿、表面击穿等高压小电流型的失效模式，也有金属化、多晶硅烧毁等大电流失效模式。

IC失效分析培训教材IC工程部一般概念失效产品失去规定的功能。

失效分析为确定和分析失效器件的失效模式失效机理失效原因和失效性质而对产品所做的分析和检查。

失效模式失效的表现形式。

失效机理导致器件失效的物理化学变化过程。

失效原因导致发生失效的直接原因它包括设计制造使用和管理等方面的问题。

失效分析的目的失效分析是对失效器件的事后检查通过失效分析可以验证器件是否失效识别失效模式确定失效机理和失效原因根据失效分析结论提出相应对策它包括器件生产工艺设计材料使用和管理等方面的有关改进以便消除失效分析报告中所涉及到的失效模式或机理防止类似失效的再次发生。

失效分析的设备和相应的用途电特性测试设备包括开短路测试设备CD318AS9100万用表和各种测试分厂的测试机。

观察测量设备X射线透视机金相显微镜放大倍数50---1000测量显微镜带摄像头并与显示器和终端处理电脑相连放大位数50---500立体显微镜扫描电子显微镜SEM。

试验设备烘箱回流焊机可焊性测试仪成份分析仪。

解剖设备和辅助设备开帽机密封电炉超声清洗机镊子研磨切割机玻璃仪器试管烧杯玻璃漏斗滴管等。

工作间设施应配有通风柜清洗池水源相关化剂盐酸硝酸硫酸和无水乙醇丙酮氢氧化钠等。

分析报告失效分析报告应包括a失效器件的主要失效现场信息。

b失效器件的失效模式。

c失效分析程序和各阶段的初步的分析结果。

d失效分析结论。

e提出纠正建议措施。

报告中应附分析图片和测试数据以及相应说明。

分析人员应具有的素质具有半导体集成电路的专业基础知识熟悉集成电路原理设计制造测试使用线路可靠性试验可靠性标准可靠性物理和化学等方面的有关知识并有一定的实践经验必须受过专业培训。

可靠性可靠性概念指系统或设备在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。

有固有可靠性和使用可靠性之分固有可靠性指通过设计和制造形成的内在可靠性使用可靠性指在使用过程中发挥出来的可靠性。

它受环境条件使用操作维修等因素的影响使用可靠性总小于固有可靠性。