半导体器件失效分析方法

半导体器件是现代电子技术不可缺少的基础，它们在集成电路、光电器件、半导体激光器等领域发挥着关键作用。然而，这些器件在实际应用中可能会遇到失效问题。

1.点血测量法

通过对器件进行电压、电流、功率、抗干扰、门电压等各项参数测量，可初步分析器件的失效情况。例如，对于一些晶体管的失效问题，我们可以应用电可靠性测试系统，进行器件特性对比和测试，找出失效元件进而进行修复。但是，仅通过电学测量，不足以彻底揭示器件失效的原因，需要结合其他物理分析方法进行分析。

2.光学显微镜检测

采用光学显微镜对器件进行观察和检测，可通过肉眼观察器件表面的显微结构和断面情况，或者通过显微摄影对器件进行图像的定量分析。此外，还可以利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜，从更微观的角度观察器件材料的微观结构和断面情况，找出器件的失效原因。例如，研究人员可以利用光学显微镜进行热失效和机械失效的分析，甚至能够进行晶片内部的有源器件结构和膜层的观察，得出失效原因。

3.热分析法

热失效是半导体器件失效的一种重要形式。可通过热分析仪器，如微热量计、差热分析仪和热失配仪等检测仪器，对器件进行热性能测试和分析。例如，对于一些功率半导体器件的失效问题，我们可以利用热分析法进行失效模拟和测试，找出失效元件进而进行修复。注意，热分析时需要保持稳定温度，控制测试环境，以保证测试结果的准确性。

4.放电（击穿）测试法

放电（击穿）测试是半导体器件失效分析中的一种常用方法。通过对器件中的二极管、电容器、电阻、管子、变压器等等进行放电（击穿）测试，找出其中的失效元件。例如，对于一些电源系统失效问题，我们可以采用放电测试找到其中的故障元件，并进行更换。

5.化学解封后内部视检

通过化学解封装后光学显微镜检查显示OK样品与NG样品形貌是否一致，是否有其他异常特征。适用于塑料封装的非银线类产品，去除塑封方便快捷，并且芯片表面干净。

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。

开封后

1.内部镜检

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。

上述几种方法只是半导体失效分析中的常见方法，不同的失效情况使用的方法也各有不同。在进行失效分析时，结合多种方法进行综合分析，才能够准确找出失效原因并进行修复，提高半导体器件的使用寿命和可靠性。

3.失效模式：失效模式就是失效的外在表现形式。

• 按持续性分类：致命性失效、间歇失效、缓慢退化。

• 按失效时间分：早期失效、随机失效、磨损失效。

• 按电测结果分：开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效。

• 按失效原因分：电应力(EOS) 和静电放电(ESD)导致的失效、制造工艺不良导致的失效。