先进EFA电性失效分析定位技术及其PFA物理验证技术研究

论文摘要

随着大规模集成电路的不断发展,线宽的不断下降,集成度的日益提高,针对集成电路器件异常的失效分析(Failure Analysis)变得越来越重要,难度也越来越大。于是在现代IC失效分析领域中,在成千上万的晶体管中如何既快速又准确的进行失效定位变成了一个非常重要的课题。本文主要对以下3个目前业界先进的电性失效分析(EFA)定位技术进行了研究：(1)利用PEM(发光显微术)原理对IC单元器件失效进行定位的技术；(2)利用OBIRCH(光致电阻率变化)原理对IC金属化系统失效进行定位的技术；(3)利用PVC(被动式电压衬度)原理对沟道及GOI异常进行定位的技术。有了快速又准确的EFA电性失效分析定位方法后,只得出器件表面探测到的电性异常点,如果没有一个有效的PFA物理失效验证,仍然不能精确找出失效点出现在集成电路工艺中的哪一层,找不出问题的原因,就无法为工艺部门提出改进的建议,失效分析的效果将大打折扣。于是本文的另一个重点便是讨论了如何快速有效地找出物理失效点,包括使用了以下PFA物理验证的手段：化学及手工研磨剥层技术(Delayer);聚焦粒子束定点切割技术(FIB)；GOI层栅氧异常排查技术(KOH)；针对衬底位错的透射电镜样品制备及观察技术(TEM)等。本文将通过使用大量的实际案例,进行从EFA电性定位到PFA物理验证的方法说明,为失效分析同行提供参考。此外,本文也对目前最先进的EFA技术进行了研究,包括：背面EMMI技木、EMMI与OBIRCH灵活转换的建议、为了探测波长大于1000nm的电致发光异常点应运而生的MCT技术以及InGaAs技术等,让读者对目前EFA定位技术有个全面的了解。最后一章作者对整个Wafer Level失效分析技术进行了总结与概括,并对新形势下的EFA定位技术的挑战进行了阐述,作者希望通过整理自己多年的专案失效分析积累的案例与经验,同业界或其它半导体微电子方面的有关读者进行经验分享,为提高我国的大规模集成电路失效分析水平贡献自己的一份力量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 失效分析技术概述
• 1.2 EFA电性失效定位技术简介
• 1.3 EFA定位后PFA物理验证及基本PFA设备简介
• 第二章 EFA定位技术理论基础研究
• 2.1 光电效应下的PEM显微发光技术原理与其EFA应用举例
• 2.2 OBIRCH光致电阻率变化区技术原理与其EFA应用举例
• 2.3 PVC被动式电压衬度技术原理与其EFA应用举例
• 第三章 PFA物理验证技术研究
• 3.1 EMMI捕捉到Emission Photon Spot的PFA物理验证
• 3.2 OBIRCH捕捉到电阻率变化区的PFA物理验证
• 3.3 PVC捕捉到异常点的PFA物理验证
• 3.4 POWER MOS功率器件EFA及其PFA物理验证方法
• 3.5 EFA定位后的PFA分析建议
• 第四章 从微电子时代进入纳电子时代对EFA提出的新要求
• 4.1 EMMI与OBIRCH技术的灵活转换及应用举例
• 4.2 背面EMMI技术的发展及应用举例
• 4.3 MCT技术和InGaAs技术的发展简介
• 第五章 失效分析技术总结与技术展望
• 5.1 Wafer Level失效分析技术总结
• 5.2 新形势下的EFA定位技术的挑战
• 参考文献
• 致谢