芯片漏电怎么定位:EMMI、OBIRCH、Thermal EMMI 该怎么选

时间:2026-10-20 14:35点击: 次

先说结论

漏电定位"不存在通用的技术方法",先看漏电的形态再选设备:有明显的电流通路、会发光的,用光子发射定位(EMMI / InGaAs);阻抗低、以发热为主的,用热辐射定位(Thermal EMMI / InSb);发光与发热都不明显的金属互连缺陷,用激光扫描(OBIRCH);纳米级单点漏电,用导电原子力(C-AFM)。选错方法,典型的结果是"扫了很久没有信号"。


一、三种现象对应三类设备

漏电在物理上有三种可探测的表现,设备就是按这三种表现设计的:

漏电的表现

探测什么

对应设备

载流子复合产生光子

微弱可见光-近红外光

EMMI(InGaAs 相机)

局部电流引起温升

中红外热辐射(3-5 μm)

Thermal EMMI(InSb 相机)

激光照射下电阻随位置变化

电流或电压的微小改变

OBIRCH

介质层单点漏电,无光无热

探针电流

C-AFM

理解这张表,比记住设备参数更有用。


二、为什么会这样

光子发射。 电子与空穴复合时释放能量,部分以光子形式发出。正常器件的发光极弱且分布均匀;缺陷处的异常复合让局部发光显著增强。栅氧击穿、结漏电、ESD 损伤这类缺陷更能被捕捉。InGaAs 相机对近红外敏感,可透过硅衬底,因此也能做背面分析。

热辐射。 大电流通过高阻点会产生焦耳热。InSb 相机工作在 3-5 μm 波段,对毫开尔文级的温升有响应。这类方法对"发光弱但发热明显"的缺陷——低阻短路、键合异常、焊点脱开后的电弧点——更有效。微谱配置的 Thermal EMMI 温度灵敏度 <1 mK、检测小功率 1 μW。

激光诱导电阻变化。 激光扫描到缺陷处时,局部温度升高导致电阻变化,若器件处于恒流或恒压偏置,电流或电压会出现可测的变化。OBIRCH 的优势在于不依赖发光与发热,对金属层与互连的短路、高阻缺陷特别敏感——这类缺陷恰恰是 EMMI 较容易漏的。

导电原子力。 用导电探针在纳米尺度逐点测电流,适合定位介质层中极小的漏电点。代价是扫描范围小、耗时长,通常用于已知大致区域后的**定位。


三、按失效现象选方法

这张表是实务里用得多的部分。左边是客户能观察到的,右边是建议的分析顺序。

观察到的现象

可能的失效类型

宜优先采用

备选与补充

单引脚漏电流明显偏大

结漏电、栅氧缺陷

EMMI(正反偏都试)

背面 EMMI;无信号时改 OBIRCH

电源对地阻抗异常低(几十欧甚***更小)

金属短路、介质击穿

Thermal EMMI

OBIRCH 辅助定位金属层

通电后局部发烫、有热斑

大电流通路、焊点异常

Thermal EMMI

红外热像粗定位 + 高倍确认

漏电随电压非线性变化

介质层缺陷、隧穿漏电

EMMI

C-AFM **定位

无光照异常、无热斑,但功能异常

金属互连高阻、通孔缺陷

OBIRCH

FIB 定点切面确认

时好时坏,实验室不通电异常

间歇性失效

先做应力复现

复现后再定位,方法按复现时表现选

完全无电流(开路)

键合线断、焊点脱开、金属断裂

不用这三种

改用 X-Ray、CT、C-SAM 找结构缺陷

区分很重要。开路失效通电后不产生电流,光子与热都没有来源,三种定位方法都看不到东西。这类问题必须回到非破坏性的结构检测。


四、按顺序做,不要一上来就上高配

合理顺序是三层,每层的结果决定要不要往下走:

1:电性测试。 用 IV 曲线仪、探针台对引脚逐一测,对比失效品与良品,先确认是哪几个引脚异常、异常的性质(短路、漏电、开路、参数漂移)。这一步成本低,但决定了后面往哪个方向走。

2:非破坏性检测。 2D X-Ray 看焊点与键合,C-SAM 看封装分层,CT 看三维结构。这一层解决"是不是结构问题",也决定后续能不能开盖。

3:定位分析。 按第三节的表选设备。定位到点后,再决定是否做 FIB 制样 + SEM/TEM 确认机理。

跳过**、二层的直接定位,常见结果是定位到一处异常但无法解释与现象的关系,白花时间。


五、什么情况下这三种方法都查不出来

一、失效是开路的。 无电流即无信号,三种方法均无效,需改用结构检测。

二、异常电流太小。 发光强度与电流相关,微弱漏电可能低于相机检出能力;Thermal EMMI 的检测小功率为 1 μW,低于该量级的发热同样难以成像。

三、金属层遮挡。 正面分析时多层布线会挡住下方信号。正面找不到时需从背面做,而背面分析要先减薄或去除衬底,属破坏性前处理。

四、间歇性失效。 常温常压加电测不出异常,是这类问题的常见结果。需要温度、电压或时序应力先复现,才能进入定位。

五、多点异常难以归因。 一片芯片出现多个亮点,可能由一个缺陷引发,也可能是多个独立缺陷。区分靠电路结构与版图分析,不靠图像本身。

六、封装内部整体失效。 塑封体碳化、大面积腐蚀这类情形,异常点分布广而弥散,单个设备的视野与灵敏度不足以给出明确结论,需要结合切片与 SEM 观察。


六、定位之后还要做什么

定位是找到位置,判定机理还需要物性分析。这一步经常被忽略,导致报告只有"亮点图"没有结论。

常规衔接方式是对定位点做 FIB 定点切割,用 SEM-EDS 观察截面形貌与元素组成,必要时用 TEM 观察纳米级界面。三类结果组合起来才能回答"为什么坏":

  • 形貌:熔融、空洞、裂纹、分层、腐蚀坑
  • 元素:异常元素富集(污染物、迁移的金属、腐蚀产物)
  • 结构:氧化层厚度变化、晶格缺陷、界面状态

只有定位、没有机理的报告,通常不足以支撑责任判定或批次结论。


七、微谱仪器测试平台的定位分析能力

微谱是综合性第三方检验检测机构,提供分析测试、检测评价、研发等服务;微谱仪器测试平台承担其中的半导体与电子元器件测试。

在漏电定位这件事上,平台实用的区别是"选型的余地":EMMI(InGaAs 光子发射)、Thermal EMMI(InSb 热辐射,温度灵敏度 <1 mK、检测小功率 1 μW)、OBIRCH、C-AFM 都在同一平台内。这意味着不必因为"这家只有 EMMI"而把一个发热型缺陷硬塞进光子相机去扫,也不必因为方法不匹配而重新找机构、重走一遍送样与方案确认。

三种方法轮着做的成本不是设备费用,而是判断信息在流转中丢失。EMMI 扫不到信号时,"为什么没信号"这个判断要依赖当时的偏置条件、倍率设置、样品通电方式;换一家机构,这些前情往往只能靠文字描述重新交代。同一平台内换方法,上一轮的原始数据与操作条件都在,第二轮直接从那里接着做。

配套链路也是完整的:定位之前有电性失效分析(IV 曲线仪、探针台、示波器、LCR)确认异常引脚,定位之后有 FIB 定点切割与 SEM-EDS、TEM 观察确认机理,样品制备环节(化学腐蚀、RIE、激光开封、CP 研磨、电解双喷减薄)在同一体系内完成。

平台的能力范围不止失效分析:材料表征(XPS、AES、AFM、XRD、D-SIMS)、洁净度与污染物测试(晶圆表金属、表面阴阳离子、AMC)、可靠性测试(HTRB、HTGB、HAST、功率循环)都可承接。对同一个客户而言,器件失效、来料纯度、可靠性验证这三类问题可以在同一套体系内衔接,不必分散到多家机构。

微谱在 30+ 城市设有分子公司、60+ 专业实验室,每年出具超过 45 万份技术报告。具体项目是否在 CMA 资质认定能力范围内、报告是否标注 CMA 标志,委托前可逐项核对。


八、常见问题

EMMI 和 OBIRCH 一定要都做吗?不一定。先按现象选一个,做不出来再换。两者互补:EMMI 找发光型缺陷,OBIRCH 找金属互连类缺陷。实务中常见的是 EMMI 无信号后改 OBIRCH。

Thermal EMMI 和普通红外热像仪有什么区别?空间分辨率与温度灵敏度不同。普通红外热像用于整板级粗定位,Thermal EMMI 用于芯片级精细定位,温度灵敏度可达毫开尔文级。

样品要不要开盖?塑封器件做正面分析通常需要开盖,开盖是破坏性的。背面分析不需要开盖,但要减薄衬底。是否开盖在方案阶段确定,取决于前序检测的结果。

定位结果能直接给位置坐标吗?可以。微谱的 EMMI 系统步进精度 X/Y 轴 0.1 μm、重复精度 ±4 μm,可输出异常点坐标供 FIB 定点制样使用。

多久能出结果?失效分析项目周期为 3-10 个工作日,自样品到达实验室并确认检测方案之日起算;具体以样品数量、检测项目与方法复杂度,经工程师评估后的方案与报价为准。加急需求在方案确认阶段提出,由工程师结合设备排期与项目可行性协商确定,能否加急及具体时限以书面确认为准。

只做定位、不做机理,报告有什么用?可用于快速判断失效范围、验证内部已有机理假设、或作为进一步深入分析的依据。定位报告的结论范围比完整分析窄,这一点会在报告中注明。


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