微电子器件的失效分析
半导体器件可靠性与失效分析微电子ppt
02
失效分析
失效定义与分类
失效定义
器件无法完成其预定功能或性能恶化到无法接受的程度。
失效分类
功能失效和结构失效，按性质可分为软失效和硬失效，按物理效应可分为可恢复失效和不可恢复失效 。
失效分析方法
外观检查
电气测试
X射线检测
切片分析
化学成分分析
通过肉眼观察器件外观 是否存在明显的缺陷或 损伤，如裂纹、变形、 烧伤等。
05
案例分析与讨论
典型失效案例分析
案例1
一个高可靠性MEMS压力传感器的失效分析 。
案例2
一个微电子电路中的热失效问题。
案例3
一个存储器芯片的突发性失效。
失效预防与可靠性提升措施
预防措施1
采用高可靠性设计和制造技术。
预防措施2
优化芯片封装和测试流程。
预防措施3
重视生产过程中的质量控制。
提升措施1
控制晶圆的几何形状、表 面平整度和化学组成，确 保晶圆具有一致性和可靠 性。
薄膜沉积环节
通过优化工艺参数和选用 合适的薄膜材料，提高薄 膜的质量和可靠性。
光刻环节
精确控制光刻胶的厚度、 光刻掩膜版的质量以及曝 光能量等参数，确保器件 的尺寸精度和可靠性。
刻蚀环节
通过选用合适的刻蚀气体 、功率等参数，确保刻蚀 的效果和可靠性。
通过测试器件的电压、 电流、电阻等电气参数 ，判断器件是否存在电 气故障。
利用X射线对器件内部进 行无损检测，发现微小 缺陷和内部结构问题。
通过将器件切割成薄片 进行观察和分析，了解 器件内部结构和材料的 组成及分布情况。
采用光谱分析、质谱分 析、能谱分析等方法， 检测器件中各元素的种 类、含量及分布情况。
微电子器件失效分析机理
微电子器件失效分析机理微电子器件失效分析机理微电子器件的失效是指器件在运行过程中出现故障或无法正常工作的现象。
失效分析是一种通过对失效器件进行深入分析和研究，找出失效原因的技术手段。
了解微电子器件失效的机理对于提高器件的可靠性和性能至关重要。
微电子器件的失效机理可以归纳为以下几个方面：1.电子迁移：电子迁移是指在电流通过器件时，电子会由高浓度区域向低浓度区域迁移。
长时间的电子迁移会导致金属线或晶体管的导电路径变窄，进而引起电阻增加或电流无法正常通过。
电子迁移会加速器件老化，降低器件的寿命。
2.热失效：高温环境下，器件内部的材料容易发生热膨胀、融化、结构变形等问题。
高温还会加速杂质扩散，导致器件的电性能下降。
热失效是导致器件损坏的重要原因之一。
3.光辐照：光辐照是指器件受到光的照射，光能量会激发器件内部的电子，产生额外的载流子，从而改变器件的电性能。
长时间的光辐照会使得器件的特性发生变化，甚至导致器件烧毁。
4.电压应力：过高或过低的电压都会对器件造成应力，导致器件的电性能下降或失效。
过高的电压会导致电场强度增加，引起介质击穿或漏电。
过低的电压则会导致器件无法正常工作。
5.湿气腐蚀：湿气中的水分和氧气会与器件内部的金属或半导体材料发生化学反应，导致器件腐蚀，进而引起失效。
湿气腐蚀是封装不良或外界环境湿度过高导致的常见问题。
对于微电子器件的失效分析，可以采用以下方法：1.故障分析：通过对失效器件进行外观检查、电气特性测试和物理结构分析，找出故障点所在，并进一步分析故障原因。
2.材料分析：通过对器件的材料进行化学分析和显微结构观察，确定是否存在材料缺陷或污染物，以及其对器件性能的影响。
3.应力分析：通过应力测试和有限元仿真等方法，分析器件的应力分布情况，找出由于应力导致的器件失效。
4.加速老化实验：利用高温、高湿等环境条件，加速器件老化过程，研究器件在极端环境下的失效机理。
通过对微电子器件失效机理的深入研究和分析，可以指导器件设计、制造和使用过程中的改进措施，提高器件的可靠性和性能。
微电子封装器件热失效分析与优化研究
实验研究随着电子技术的快速发展，电子产品早已渗透到人类生产生活的方方面面。
同时人们希望电子产品在拥有强大功能的同时不断缩小尺寸，降低成本，实现普及应用。
人们对电子产品的需求推动着电子技术的发展。
但在提升电子产品性能，缩小电子产品尺寸的同时也带来了更多的问题，如性能的提升必然伴随着功率的提升，尺寸的缩小必然导致产品中微电子器件的结构更加紧密，二者共同作用下导致电子产品器件运行过程中产生的热量很难消散，温度快速攀升，一旦超过安全线就会影响微电子器件的正常运行，甚至导致器件报废。
研究显示，微电子封装器件的失效率与温度的升高成正比，微电子器件的工作温度每升高10℃，其失效概率就提升一倍，大约有一半的微电子封装器件的失效都与温度有关。
由此可见，温度过高是引发微电子封装器件失效的头号因素。
而微电子封装器件的运行是否温度直接关系到电子产品的可靠性。
在航空航天、军事等关键领域，一个看似不起眼的微电子封装器件失效都可能到来无法估量的巨大损失。
因此，微电子封装器件的运行稳定性和热失效机制收到高度重视。
人们为此进行了深入而广泛的研究，并应用于电子产品的设计与生产中，有效提高了电子产品的可靠性。
文本在前人研究的基础上，针对某型微电子封装器件的封装结构热失效机制和热循环加载形式优化展开了深入研究，希望能给微电子封装器件的结构设计与生产提供有价值的参考。
1 微电子封装器件热失效分析微电子封装器件在实际运行时会在工作、待机两个状态之间来回切换，导致功率出现周期性变化，从而引发温度对封装结构的循环载荷，久而久之形成热疲劳。
同时，因为器件内部各种材料的热膨胀系数存在差异导致焊点等部位出现循环应力应变，从而引起器件失效。
研究显示，大约七成的电子器件的失效由结构失效引发，而封装结构失效大部分又是由于焊点失效引发的。
■1.1 常规热循环加载形式下锡铅焊点热失效分析1.1.1 焊点热失效机制及其原理在温度和外力的综合作用下，微电子封装器件的焊点会产生热疲劳，形成应力应变集中区，导致焊点使开裂，最终造成器件失效。
应用总结-电子元器件失效分析
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失效模式与失效机理
3.10、键合失效——一般是指金丝和铝条互连之间的键合失效。由于金铝之间的化学势的不同，经长期使用或200℃以上高温储存后，会产生多 种金属间化合物，如紫斑、白斑等。结果使铝层变薄，粘附性下降，造 成半断线状态，接触电阻增加，最后导致开路失效。在300℃高温下还会 产生空洞，即柯肯德尔效应，这种效应是在高温下金向铝中迅速扩散并 形成化合物，在键合点四周出现环形空洞，使铝膜部分或全部脱离，形 成高阻或开路。
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失效模式与失效机理
ESD 损伤图片
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失效模式与失效机理
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失效模式与失效机理
3.3、辐射损伤——在自然和人造辐射环境中，各种带电或不带电的高能 粒子（如质子、电子、中子）以及各种高能射线（如Х 射线、γ 射线等 ）对集成电路造成的损伤。 3.4、氧化层电荷——集成电路中存在的与氧化层有关的电荷，包括固定 氧化层电荷、可动电荷、界面陷阱电荷和氧化层陷阱电荷。
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失效模式与失效机理
（5）CMOS电路发生可控硅效应(闩锁效应) CMOS电路的静态功耗极小，但可控硅效应被触发后功耗会变得很大 (50～200毫安)，并导致电路发生烧毁失效。CMOS电路的硅芯片内部，在 VDD与VSS之间有大量寄生可控硅存在，并且所有输出端和输入端都是它 的触发端，在正常条件下工作，由于输入和输出电压满足下式要求： VDD>Vout>Vss VDD>Vin>Vss。 所以正常工作条件下CMOS电路不会发生可控硅效应。但在某些特殊 情况下，上述条件就会不满足，凡是出现以下情况之一，可控硅效应(闩 锁)就可能发生，发生闩锁的CMOS电路如果无限流保护就会被烧毁。
半导体器件可靠性与失效分析微电子
半导体器件可靠性与失效分析微电子半导体器件可靠性与失效分析是微电子领域的重要课题。
半导体器件的可靠性是指在一定的使用环境和使用条件下，器件在规定时间内能够正常工作的概率。
而失效（Failure）是指器件不能在规定的时间内正常工作。
半导体器件的可靠性与失效分析旨在通过对器件的性能和可靠性进行评估和分析，找出器件失效的原因，并提出相应的改进措施，从而提高器件的可靠性。
1.可靠性评估：通过一系列实验和测试，评估器件在特定环境和使用条件下的可靠性。
常见的可靠性评估方法包括寿命测试、温度循环测试、湿度测试、可靠性建模等。
通过这些评估手段，可以得到器件的失效概率和失效的规律，进而为改进器件的设计和制造提供依据。
2.失效分析：失效分析是通过对失效的器件进行物理和电学特性分析，找出失效的原因和机制。
常见的失效分析方法包括显微镜观察、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱分析(EDX)、微动电压测量、故障注入方法等。
通过失效分析可以确定故障位置和失效原因，为改进器件的设计和制造提供指导。
3.失效模式与机制研究：失效模式与机制的研究是指通过理论和实验手段，研究器件失效的模式和机制。
通过对失效模式和机制的研究，可以了解器件失效的根本原因，并提出相应的改进措施。
例如，晶体管的漏电流增加、介质击穿等都是半导体器件失效的常见模式和机制。
4.退化机制分析：半导体器件的寿命会随着使用时间的增加而发生退化，导致器件性能下降甚至失效。
退化机制分析是指通过实验和测试，研究器件在使用过程中的退化机制。
常见的退化机制包括电子迁移、电子捕捉、热失效等。
通过退化机制分析可以确定退化的原因，为延长器件寿命提供参考。
半导体器件的可靠性与失效分析对于微电子行业具有重要的意义。
高可靠性的器件可以减少电子产品的故障率，提高产品的性能和稳定性。
同时，通过对失效原因和机制的研究，可以指导器件的设计和制造，提高器件的可靠性和寿命。
因此，半导体器件的可靠性与失效分析是微电子领域一个重要的研究方向，也是推动微电子技术发展的关键之一。
半导体器件可靠性与失效分析微电子
半导体器件可靠性与失效分析微电子
1.功能失效：指器件不能按照设计要求正常工作，如逻辑门无法实现
正确的逻辑功能。
2.电气失效：指器件发生电气故障，如短路、开路、漏电等。
3.热失效：由于器件内部寄生电阻、封装散热不良等原因，导致器件
温度升高，超过其承受范围，从而导致失效。
4.机械失效：指器件由于外力作用或压力过大等原因，发生物理损坏，如断裂、划伤等。
5.等离子体效应：在高电压或高频环境下，会产生等离子体，从而对
半导体器件产生有害影响。
为提高半导体器件的可靠性，需要进行失效分析，以了解器件失效的
原因
1.失效模式分析：对不同类型的失效进行分类和描述，以便查找相应
的失效原因。
2.加速寿命测试：通过在高温、高电压、高湿度等恶劣条件下进行长
时间测试，模拟器件在实际使用中的环境，加速失效过程，以便提前发现
问题。
3.失效分析方法：包括光学显微镜、电子显微镜、故障定位分析、X
射线衍射等多种方法，用于观察器件失效的具体细节，并找出失效的原因。
4.剖析和分析失效原因：通过对失效器件的分析和试验，找出失效的
原因和机理，如晶体缺陷、金属线断裂等。
5.提高设计和工艺：根据失效分析结果，改进器件的设计和工艺，以
提高器件的可靠性。
总之，半导体器件可靠性与失效分析在微电子领域中具有重要的意义，它不仅能提高半导体器件的可靠性，还能为微电子系统的设计和制造提供
理论指导和实践经验。
随着技术的进一步发展，可靠性和失效分析将继续
成为微电子行业的研究热点。
电子元器件失效分析
电子元器件失效分析一般的仪器都会一点点的误测率，但既然有五道测试，基本可以消退这种误测，否则就说明你的仪器实在太烂啦！然后就是自动选择机的问题，有没有误动作的可能性，最好找一个比较大的不良品样本，对机器进行测试。
假如上面两项都没有问题，那说明运输和贮存可能初相了问题，当然半导体器件受环境因素的影响是比较小的。
最终就有可能是客户和你们的仪器有肯定差距，从而造成这种状况。
当然还有一种状况，就是本身半导体器件质量有问题，漏电测试是反向加电压，可能就是在测试的过程中器件被击穿的。
目的对电子元器件的失效分析技术进行讨论并加以总结。
方法通过对电信器类、电阻器类等电子元器件的失效缘由、失效机理等故障现象进行分析。
结论电子元器件的质量与牢靠性保证体系一个重要组成部分是失效分析，对电子元器件进行失效分析，才能准时了解电子元器件的问题所在，才能为设备及系统的正常工作带来牢靠保障。
进入21世纪后，电子信息技术成为最重要的技术，电子元器件则是电子信息技术进展的前提。
为了促进电子信息技术的进一步进展，就要提高电子元器件的牢靠性，所以就必需了解电子元器件失效的机理、模式以及分析技术等。
1.失效的含义失效是指电子元器件消失的故障。
各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般是不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，则标志其设备的简单程度就较高；反之，则低。
一般还会把电路故障定义为：电路系统规定功能的丢失。
2.失效的分类依据不同的标准，对失效的分类一般主要有以下几种归类法。
以失效缘由为标准：主要分为本质失效、误用失效、偶然失效、自然失效等。
以失效程度为标准：主要分为部分失效、完全失效。
以失效模式为标准：主要分为无功能、短路、开路等。
以失效后果的严峻程度为标准：主要分为轻度失效、严峻失效以及致命失效。
除上述外，还有多种分类标准，如以失效场合、失效外部表现为标准等，不在这里一一赘述。
3.失效的机理电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致缘由作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。
MEMS典型失效机理和失效模式总结
MEMS典型失效机理和失效模式总结MEMS（微机电系统）是一种集成了微机械、微电子、微光学等技术的微型器件，其制造工艺相比传统器件更加复杂和微小，因此在使用过程中也存在着一些典型的失效机理和失效模式。
下面将对MEMS的典型失效机理和失效模式进行总结。
1.疲劳失效：MEMS器件中的微小零件在长期使用过程中受到了频繁的应力和振动作用，容易产生疲劳失效。
其中一个常见的疲劳失效机制是微弯曲薄膜的断裂，这是由于薄膜受到了重复的弯曲应力，从而导致薄膜中出现了裂纹并最终断裂。
另一个常见的疲劳失效机制是零件的微动疲劳，这是由于MEMS器件中的一些零件需要频繁地运动，产生了一些微小的位移，从而导致了零件的疲劳断裂。
2.电介质失效：MEMS器件中的许多部分都是由电介质材料构成，这些材料容易受到电介质失效的影响。
电介质失效主要包括两种类型，一种是耐电压失效，指的是电介质材料遭受太高的电压而发生击穿或损坏。
另一种是介电泄露失效，指的是电介质材料的电阻率增加导致电流泄漏，影响器件的性能。
3.粗糙度失效：MEMS器件的性能很大程度上依赖于表面粗糙度。
当MEMS器件的表面发生粗糙度增加时，会导致摩擦增加和表面能的增加，从而可能导致零件无法正常运动或卡住，最终导致器件失效。
4.氧化失效：由于MEMS器件中的一些零件和结构暴露在空气中，容易受到氧化过程的影响。
当MEMS器件中的金属材料遭受氧化时，会导致材料内部产生氧化层，从而增加了电阻率，影响器件性能。
5.温度失效：MEMS器件在使用过程中容易受到温度变化的影响。
当器件暴露在高温环境下时，可能导致材料膨胀不均匀，从而使器件产生微小的形变，导致器件的性能下降或失效。
6.湿度失效：MEMS器件中的一些结构和材料容易与水分接触，从而受到湿度的影响。
当器件暴露在高湿环境下时，可能导致一些零件和连接薄膜变湿、膨胀或腐蚀，进而导致零件失效或材料失效。
总之，MEMS器件的典型失效机理和失效模式包括疲劳失效、电介质失效、粗糙度失效、氧化失效、温度失效和湿度失效。