常用半导体器

失效分析是芯片测试重要环节，无论对于量产样品还是设计环节亦或是客退品，失效分析可以帮助降低成本，缩短周期。常见的半导体失效都有哪些呢？下面为大家整理一下：显微镜分析OM无损检测金相显微镜OM：可用来进行器件外观及失效部位的表面形状，尺寸，结构，缺陷等观察。金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。金相显微镜可供研究单位、冶金、机械制造工厂以及高等工业院校进行金属学与热处理、金属物理学、炼钢与铸造过程等金相试验研究之用，实现样品外观、形貌检测 、制备样片的金相显微分析和各种缺陷的查找等功能。体视显微镜OM无损检测体视显微镜，亦称实体显微镜或解剖镜。是一种具有正像立体感的目视仪器，从不同角度观察物体，使双眼引起立体感觉的双目显微镜。对观察体无需加工制作，直接放入镜头下配合照明即可观察，成像是直立的，便于操作和解剖。视场直径大，但观察物要求放大倍率在200倍以下。体视显微镜可用于电子精密部件装配检修，纺织业的品质控制、文物 、邮票的辅助鉴别及各种物质表面观察等领域，实现样品外观、形貌检测 、制备样片的观察分析、封装开帽后的检查分析和晶体管点焊检查等功能。X－Ray无损检测X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。X-Ray可用于产品研发，样品试制，失效分析，过程监控和大批量产品观测等，实现观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板，观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况，芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷等功能。C-SAM（超声波扫描显微镜)无损检测超声扫描显微镜是一种利用超声波为传播媒介的无损检测设备。在工作中采用反射或者透射等扫描方式来检查材料内部的晶格结构，杂质颗粒、夹杂物、沉淀物、内部裂纹、分层缺陷、空洞、气泡、空隙等。I/V Curve量测可用于验证及量测半导体电子组件的电性、参数及特性。比如电压-电流。集成电路失效分析流程中，I/V Curve的量测往往是非破坏分析的第二步（外观检查排在第一步），可见Curve量测的重要性。I/V Curve量测常用于封装测试厂，SMT领域等，实现Open/Short Test、 I/V Curve Analysis、Idd Measuring和Powered Leakage（漏电）Test功能。SEM扫描电镜/EDX能量弥散X光仪（材料结构分析/缺陷观察，元素组成常规微区分析，精确测量元器件尺寸）扫描电镜（SEM）SEM/EDX（形貌观测、成分分析）扫描电镜（SEM）可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的，根据不同元素特征X射线波长的不同来测定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元素的含量。通常EDX结合电子显微镜（SEM）使用，可以对样品进行微区成分分析。在军工，航天，半导体，先进材料等领域中，SEM/EDX（形貌观测、成分分析）扫描电镜（SEM）可实现材料表面形貌分析，微区形貌观察，材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析，薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析，纳米尺寸量测及标示和微区成分定性及定量分析等功能EMMI微光显微镜微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是常用漏电流路径分析手段。对于故障分析而言，微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是一种相当有用且效率极高的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination会放出光子（Photon）。如在P-N结加偏压，此时N阱的电子很容易扩散到P阱，而P的空穴也容易扩散至N，然后与P端的空穴（或N端的电子）做EHP Recombination。在故障点定位、寻找近红外波段发光点等方面，微光显微镜可分析P-N接面漏电；P-N接面崩溃；饱和区晶体管的热电子；氧化层漏电流产生的光子激发；Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等问题Probe Station 探针台测试探针台主要应用于半导体行业、光电行业。针对集成电路以及封装的测试。 广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发，旨在确保质量及可靠性，并缩减研发时间和器件制造工艺的成本，可用于Wafer，IC测试，IC设计等领域。FIB（Focused Ion beam）线路修改FIB（聚焦离子束，Focused Ion beam）是将液态金属离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像，此功能与SEM（扫描电子显微镜）相似，或用强电流离子束对表面原子进行剥离，以完成微、纳米级表面形貌加工。在工业和理论材料研究，半导体，数据存储，自然资源等领域，FIB可以实现芯片电路修改和布局验证、Cross-Section截面分析、Probing Pad、 定点切割、切线连线，切点观测，TEM制样，精密厚度测量等功能。失效分析前还有一些必要的样品处理过程。取die用酸法去掉塑封体，漏出die decap（开封，开帽）利用芯片开封机实现芯片开封验证SAM，XRAY的结果。Decap即开封，也称开盖，开帽，指给完整封装的IC做局部腐蚀，使得IC可以暴露出来，同时保持芯片功能的完整无损，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受损伤，为下一步芯片失效分析实验做准备，方便观察或做其他测试（如FIB，EMMI）， Decap后功能正常。化学开封Acid DecapAcid Decap，又叫化学开封，是用化学的方法，即浓硫酸及发烟硝酸将塑封料去除的设备。通过用酸腐蚀芯片表面覆盖的塑料能够暴露出任何一种塑料IC封装内的芯片。去除塑料的过程又快又安全，并且产生干净无腐蚀的芯片表面。研磨RIERIE是干蚀刻的一种，这种蚀刻的原理是，当在平板电极之间施加10～100MHZ的高频电压（RF，radio frequency）时会产生数百微米厚的离子层（ion sheath），在其中放入试样，离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻，此即为RIE（Reactive Ion Etching）。 自动研磨机自动研磨机适用于高精微（光镜，SEM，TEM，AFM，ETC）样品的半自动准备加工研磨抛光，模块化制备研磨，平行抛光，精确角抛光，定址抛光或几种方式结合抛光，主要应用于半导体元器件失效分析，IC反向等领域，实现断面精细研磨及抛光、芯片工艺分析、失效点的查找等功能。 其可以预置程序定位切割不同尺寸的各种材料，可以高速自动切割材料，提高样品生产量。其微处理系统可以根据材料的材质、厚度等调整步进电动机的切割距离、力度、样品输入比率和自动进刀比率等。去金球 De-gold bump,去层,染色等，有些也需要相应的仪器机台，SEM可以查看die表面，SAM以及X－Ray观察封装内部情况以及分层失效。除了常用手段之外还有其他一些失效分析手段，原子力显微镜AFM ,二次离子质谱 SIMS,飞行时间质谱TOF － SIMS ,透射电镜TEM , 场发射电镜,场发射扫描俄歇探针, X 光电子能谱XPS ,L-I-V测试系统，能量损失 X 光微区分析系统等很多手段，不过这些项目不是很常用。芯片失效分析步骤:1、非破坏性分析：主要是超声波扫描显微镜（C-SAM）--看有没delamination，xray--看内部结构，等等；2、电测：主要工具，万用表，示波器，sony tek370a3、破坏性分析：机械decap，化学 decap芯片开封机4、半导体器件芯片失效分析 芯片內部分析，孔洞气泡失效分析（原作者：北软失效分析赵工）

湿电子化学品是半导体、集成电路等多个领域的重要基础性关键化学材料，是当今世界发展速度较快的产业领域。我国湿电子化学品2012年市场规模仅为34.81亿元，到2018年已增至79.62亿元，而2021年湿电子化学品市场规模预计超过100亿元。湿电子化学品（又称电子级试剂、超净高纯化学试剂、工艺化学品、湿化学品等）一般主体成分纯度大于99.99%，是电子行业湿法制程的关键材料，常用于湿法刻蚀、清洗等微电子、光电子湿法工艺制程，约占集成电路制造成本的5%。湿电子化学品湿电子化学品可分为通用性湿电子化学品和功能性湿电子化学品。通用湿电子化学品一般为单组份、单功能、被大量使用的液体化学品，包括酸、碱、有机溶剂等，常用于集成电路、液晶显示器、太阳能电池、LED制造工艺等；功能湿电子化学品指通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的复配类化学品，包括蚀刻液、清洗液、光刻配套试剂等，常用于半导体刻蚀、清洗等工艺中。常见湿电子化学品（数据自中国电子材料行业协会）类别湿电子化学品约占湿电子化学品总需求比例（%）合计占比估计通用湿电子化学品过氧化氢16.70%88.20%氢氟酸16%硫酸15.30%硝酸14.30%磷酸8.70%盐酸4.80%氢氧化钾3.80%氨水3.70%异丙酮2.80%醋酸1.90%功能湿电子化学品MEA等极佳溶液3.20%11.80%显影液（半导体用）2.70%蚀刻液（半导体用）2.20%显影液（液晶面板用）1.60%剥离液（半导体用）1.20%缓冲刻蚀液（BOE)0.90%湿电子化学品的国际分类标准国际半导体设备和材料协会(SEMI)根据金属杂质、控制粒径、颗粒个数和应用范围等制定了湿电子化学品国际等级分类标准。Grade1等级湿电子化学品常用于光伏太阳能电池等领域；Grade2等级湿电子化学品常用于平板显示、LED、分立器件等领域；Grade3等级湿电子化学品常用于平板显示、LED、集成电路等；Grade4等级湿电子化学品常用于集成电路等领域。 IC制造不同线宽对应湿电子化学品国际等级分类标准SEMI等级IC线宽(μm)金属杂质(10-9)控制粒径(μm)颗粒(个/mL)C1(Grade1)＞1.2≤1000≤1≤25C7(Grade2)0.8-1.2≤10≤0.5≤25C8(Grade3）0.2-0.6≤1≤0.5≤5C12(Grade4）0.09-0.2≤0.1≤0.2*Grade5*≤0.01**国际湿电子化学品市场国际湿电子化学品市场份额的80%主要被德国的E.Merck 公司、美国的Ashland 公司、Sigma-Aldrich 公司、Mallinckradt Baker 公司、日本的Wako 、Summitomo 等占据。欧美传统老牌企业的湿电子化学品产品市场份额（以销售额计）约为34%,主要企业有德国巴斯夫公司、美国亚什兰集团、亚什兰化学公司、美国Arch 化学品公司、美国霍尼韦尔公司、AIR PRODUCTS、德国E.Merck 公司、美国Avantor Performance Materials 公司、ATMI 公司等。日本企业约占30%的市场份额，主要企业关东化学公司、三菱化学、京都化工、日本合成橡胶、住友化学、和光纯药工业（Wako）、stella-chemifa 公司等。中国台湾、韩国、中国大陆企业（即内资企业）约占全球市场份额的35%。全球湿电子化学品行业主要企业国家及地区企业名称美国霍尼韦尔、ATMI、Arch化学品、亚仕兰集团、空气化工产品、Avantor™ Performance Materials德国巴斯夫、汉高、E.Merck日本关东化学、三菱化学、京都化学、东京应化、住友化学、宇部兴产、Stella Chemifa、Wako、日本合成橡胶韩国东友精细化工、东进世美肯、soulbrain ENG中国台湾台湾联仕电子、台湾侨力 国内湿电子化学品研究 自1980 年北京化学试剂研究所在国内率先研制成功适合5µm技术用的MOS级试剂开始，经过数十年积累，国内湿电子化学品企业陆续获得了 G1、G2 等级的化学试剂生产技术，少数部分技术领先企业已经具备 G2 等级化学试剂规模化生产的能力，部分产品的关键技术指标已经达到了国际G3 标准的水平。2010 年之后，技术领先企业的部分产品具备了 G3 等级的生产技术，行业进入快速发展阶段。国内的湿电子化学品目前主要生产G2、G3级别，仅部分达到G4级别，产品主要进口自欧美、日本、韩国、中国台湾的企业。湿电子化学品常用检测仪器与技术湿电子化学品的纯度和洁净度对于电子元器件产品的成品率、性能和可靠性有重要影响。仪器信息网特将湿电子化学品纯度及杂质分析和颗粒检测常用的仪器进行整理。湿电子化学品常用检测仪器常用仪器用途对应仪器专场（点击进入）粒度仪颗粒分析等粒度仪仪器专场电感耦合等离子体—质谱仪（ICP-MS）纯度和杂质分析等电感耦合等离子体—质谱仪（ICP-MS）仪器专场离子色谱纯度和杂质分析等离子色谱仪器专场电位滴定仪纯度和杂质分析等电位滴定仪仪器专场紫外可见分光光度计纯度和杂质分析等紫外可见分光光度计仪器专场液相色谱纯度和杂质分析等液相色谱仪器专场液质联用纯度和杂质分析等液质联用仪器专场

自中美贸易战以来，国家对于半导体行业的重视日渐提升。为避免关键技术被“卡脖子”，国家大力推动半导体行业的发展，先后发布了《国务院关于印发新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》、《关于促进集成电路产业和软件产业高质量发展企业所得税政策的公告》等政策，从财税政策、投融资政策、研究开发政策、进出口政策、人才政策、知识产权政策、市场应用政策、国际合作政策等多个层面支持国内半导体行业的自主创新。半导体材料主要包括第一代半导体材料（Si等）、第二代半导体材料（砷化镓GaAs、锑化铟InSb等）、第三代半导体材料（碳化硅SiC、氮化镓GaN、氧化锌ZnO、金刚石、氮化铝等），以及在半导体工艺环节必须用到的特种气体、靶材、光刻胶、显影液、抛光液和抛光垫、键合胶、电镀液、清洗液、刻蚀液、研磨材料、掩模版、光阻材料等。其中，大部分半导体材料依赖于对外进口，目前主要进口自美国、日本、韩国等。表1 热门半导体材料主要进口国家及地区主要半导体材料主要进口国家及地区硅片等日本、德国、韩国、美国、中国台湾砷化镓GaAs等日本碳化硅SiC等美国、欧洲特种气体美国、德国、法国、日本靶材美国、日本光刻胶中国台湾、日本、美国抛光液和抛光垫美国、日本、韩国研磨材料美国掩模版日本湿电子化学品德国、美国、日本、韩国、中国台湾光阻材料日本封装材料中国台湾半导体材料的晶体结构和缺陷杂质都将对半导体器件的性能产生较大的影响，因此半导体材料的检测对于成品质量具有至关重要的意义，以下整理了半导体检测中用到的主要科学仪器及其在半导体领域的应用。表 半导体检测仪器和用途半导体检测仪器与技术（点击下方仪器进入专场）在半导体领域的应用光学测量仪器外延层厚度测量、测定元素含量、用于高纯气体分析等电学测量仪器（四探针、三探针、扩展电阻、C-V法、霍尔测量）测量电阻率、载流子浓度、导电类型、迁移率、寿命及载流子浓度分布等X射线衍射仪缺陷及形貌观察（无损检测），检测二次缺陷的形成和消除等金相显微镜观察晶体缺陷等俄歇电子能谱表面层原子成分、含量、化学键合状态分析等二次离子质谱杂质检测等扫描电镜微区形貌观察，成分、结构分析，失效分析，缺陷检测等透射电镜半导体晶体缺陷分析等原子吸收分光光度痕量杂质检测等气相色谱气体分析高频电感耦合等离子体发射光谱微量成分分析等离子束用于分析离子注入层和外延层损伤、定位等离子探针用于薄层分析、微区分析、测量浓度分布，分析痕量杂质等电子探针成分分析等以上列举了半导体行业用到的热门半导体材料和检测仪器，日后仪器信息网也将对半导体检测解决方案进行盘点敬请期待。