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FA失效分析项目

1、Probe探针测试

工作原理:采用精密高倍率光学显微镜、高刚性基座、可微调移动式晶圆承载盘和针座X-Y-Z三轴可精密移动的微细测试探针,用于晶圆测试、微小球BGA类封装芯片电性测试以及开盖后芯片内部器件结构观测和电性能测试。
根据应用,可测试项目包含:
(1)搭配电源或者曲线追踪仪,可用于DC和AC电性能测试;
(2)通过附加的Active Probe和Pico Probe探针更可进行器件高阻高频信号的测量;
(3)搭配高精度数码相机、镭射头和液晶辅件,还可用于失效发热点粗侦测和定位(10mA级漏电故障点)、失效点标记、失效点照片采集。


中衡检测采用自主设计制作的高精密探针台,为客户提供快捷的探针点针测试服务,方便客户的设计纠错(Debug)、
精密电参数测量、失效分析和失效点定位。




2、I-V曲线测试

工作原理:在真空等离子强化的条件下,通过选择针对性的刻蚀反应气体来实现有选择地剥离芯片内部制程结构,方便后续的观察分析。通常应用于失效点定位前处理以及配合芯片内部布局的影像采集,用于竞争力分析。


中衡检测拥有RIE(反应式离子刻蚀)和ICP(感应耦合等离子体刻蚀)去层技术,在去层的应用方面积累了非常丰富的经验,可应对常见的各种半导体制程的芯片。



3、EMMI/InGaAas微光显微镜失效点定位

在半导体失效分析中 微光显微镜是一种常用失效点定位工具。
工作原理:它通过给开盖后的芯片加偏压以及输入信号的方式模拟芯片工作环境,并通过专用的微光探测器探测出微光发光位置并与显微镜下抓拍的
芯片内部电路(背景)叠加,定位出芯片内部的发光位置(疑似失效点),从而为失效点的深度判定提供了方向与参考意见。

侦测得到亮点之情况:
会产生微光亮点的常见缺陷有:
1、结漏电;2、结雪崩;3、接触毛刺;4、热电子效应;5、绝缘氧化层针孔漏电或者击穿;6、多晶硅晶须;7、衬底损伤;8、Latch-Up闩锁效应;9、ESD失效;10、其他发生电子与空穴复合而发光的情形。
侦测不到亮点之情况:
不会出现亮点之故障:1、亮点位置被挡到或遮蔽到的情形(埋入式的接触及大面积金属线底下的漏电位置);2、欧姆接触;3、金属互联短路;4、表面反型层;5、硅导电通路等。


微光发光是各向同性的。对于亮点被遮蔽的情况,我们可以采用观测晶片背面(Backside)模式,并且可以通过研磨抛光晶片背面,获得更清晰的亮点影像。背面观测的方式适合1064nm波长以下的近光红外光。
中衡检测实验室拥有多台EMMI分析工具和多年应用经验,可以为客户提供客制化的芯片失效分析和定位服务。



4、OBIRCH失效点定位

工作原理:激光束扫描照射已经开盖的芯片器件表面时,部分激光能量会转化为热量被金属互连线吸收。当互连线中存在缺陷时,缺陷附近的热量不能迅速通过金属线传导开来,这就导致缺陷处的温度升高,进一步引起导线电阻值的变化。根据欧姆定律,对芯片施加恒定电压或者恒定电流之后,阻抗的变化就会反映为相应的电流或电压变化。当将这一变化量与激光扫到的位置所成像中像素亮点对应之后,就可以定位缺陷位置了。
OBIRCH常用来侦测金属互连线的短路、空洞、硅球瘤、通孔下的空洞、通孔底部高阻区和TiSi线中的高阻区。

中衡检测拥有多台搭配EMMI功能的OBIRCH工具并拥有多年应用经验,可以综合运用这些工具,协助客户快速地探测并定位失效点。



5、SEM/EDX 扫描电子显微镜/能谱仪

激受限于人眼可观测的光(可见光)波长,人们借助光学显微镜通常能够观测的放大倍率极限在2000倍左右。如果我们需要更高放大倍率去观测更微小的结构,通常需要用到扫描电子显微镜。扫描电子显微镜的原理是依据电子与物质的相互作用。 当一束高能的入射电子轰击物质表面时,被激发的区域将产生二次电子、X光信号、背散射电子、透射电子, 以及在可见、 紫外、红外光区域产生的电磁辐射。根据信号强度组成形貌照片,能高倍率观察表面外观形貌。

原则上讲,利用电子和物质的相互作用,可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息。能谱仪的工作原理:探头接受特征X射线信号→把特征X射线光信号转变成具有不同高度的电脉冲信号→放大器放大信号→多道脉冲分析器把代表不同能量(波长)X 射线的脉冲信号按高度编入不同频道→在荧光屏上显示谱线→利用计算机进行定性和定量计算。

能谱仪通常作为扫描电子显微镜的附属配件,搭配扫描电子显微镜使用。
通过扫描电子显微镜和搭配使用的能谱仪,可以用来观测芯片内部层次和测量各层厚度、观测并拍摄局部异常照片和测量异常尺寸、测量芯片关键尺寸线宽和孔径、定性和定量分析异常污染物的化学元素组成。



6、X-Ray X射线检测仪  无损检测位

我们通常认为X-Ray的检测属于无损检查(对X-Ray敏感的器件结构和材料除外),常用于芯片失效分析中破坏性分析之前。

原理:X-Ray有个特点是可以穿透低密度的材质(例如碳氢氧氮等轻元素构成的环氧树脂等有机物),但是对于密度高于铝的金属材质,X-Ray则会部分被穿透部分被吸收。通过特制的X-Ray探测影像装置可以形成被观测物的影像。基于这样的特性,可以用X-Ray来观测和测量已封装好芯片内部的金、铜等高密度金属的连接情况或结构异常。
• Bonding线的搭接、断裂等异常状况。
• Bonding线是否与pad连接完好。
• Bonding线形状。
• Pcb板以及BGA芯片substrate的铜线布局。
• 金属内部结构以及金属焊点连接处的孔洞。


中衡检测提供高分辨率之X-Ray检测仪器,分辨率(光斑尺寸)可达到0.1微米,结合样品或探头旋转以及CT(计算机断层扫描)功能,可以重构被检测器件的三维立体图,广泛应用于各种传统封装和先进晶圆级封装的缺陷检测。



7、SAT超声波扫描显微镜 无损检查

激SAT,全称为Scanning Acoustic Tomography,中文译名为扫描声波层析成像。早期由于比较多地采用C扫描模式,所以又被称为C-SAM(Scanning Acoustic Microscope),即超声波扫描显微镜。它是另外一种常用的无损检查工具。

工作原理:声波可以在液体和固体中传播,但是不能在真空和气体中传播。声波在传输过程中遇到不同介质的界面时会发生反射和透射,通过扫描式超声波探测器捕捉这些讯号并经过计算机处理可以形成被扫描样品结构的影像。在应用上,SAT常用来检测封装好芯片内部的材料脱落、分层、裂纹、孔洞等缺陷,与X-Ray分析可以相互补充。在做湿度敏感性测试(MSL)和预处理验证(Pre-condition Verification)时,也是工具之一。

中衡检测实验室采用SAT工具,配置有从低频(高穿透能力)到高频(高分辨率)的各种探头,机台支持回波探测成像扫描(C-Scan)和透射成像扫描(T-Scan)两种成像
方式,同时拥有类似CT的三维扫描成像功能,适用于各种封装器件产品的无损检测。

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