esd失效分析fa及案例介绍

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1、http://esd.iclab.cnESD失效分析FA及案例介绍(1)一般的失效机理(2)失效分析的案例(3)各种测试的校准和比对性(4)模型和仿真2008-9-231(1)一般的失效机理ESD的失效是一个综合问题：器件结构－工艺－测试方法－ESD形式－工作环境。。。有关。ESD的HBM模式的失效是一个很复杂的问题，目前只有是失效模型，没有器件模型，而是失效模型仿真的结果也只能参考，而对于MM和CDM的ESD在测试上还有很大争议。不同于电路设计：“well-definediron-rulesliketheKirchoffLaws”。即使有大量的论文介绍也是：

2、“Everypaperseemstoreportadifferentresultthatmightonlybevalidforthatdeviceinthatprocesstechnology,testedinthatESDmodelanddonebyusingthatpieceofequipment.”2008-9-232http://esd.iclab.cn(1)一般的失效机理失效包括：硬失效：如短路、开路、显著漏电流、I-V曲线显著漂移，可以用显微镜和测试仪器获得，是介质还是金属布线还是器件其他部位。典型的硬失效是热损伤（出现在电流集中最大的地方（电场集

3、中出）导致受热不均匀或过热），包括互连线、contact/via、硅和介质；介质击穿（主要是栅氧击穿）软失效：漏电流（例如10-9－－－10-6），峰值电流等，外观上无法看出，可以使用CURVETRACER、semiconductorparametricanalyser测量出，并分析失效部位潜在失效：很难观察到。主要是specification下降、电学特性退化、寿命降低。典型的是介质的局部损伤（例如time-dependentdielectricbreakdown(TDDB)ofgateoxidelayers,并伴随漏电流增加，阈值电压漂移，功率容量下降等）

4、2008-9-233http://esd.iclab.cn2008-9-234http://esd.iclab.cn(1)一般的失效机理失效分析的手段：（1）形貌观察：光学显微镜：最常用，观察器件的表面和逐层剥除的次表面。对于光学显微镜放大倍数是500倍，使用冶金显微镜可以达到1000倍，使用特殊的液体透镜技术，可以达到1500倍，1000-1500可以观察到1微米线宽缺陷。SEM：更高倍数15000倍，使用背散射二次电子和样品倾斜台还可以获得一定的三维图像），存在电荷积累，可以使用扫描离子显微镜SIM，TEM：更高的解析度。可以观察缺陷位错。不需要真空的可以

5、用AFM：会受到表面电荷等的影响。对于需要透视观察的，平面的可以用SAM（电声显微镜，特别是铝钉），三维的可以用X射线显微镜，或者使用RIE：反应离子刻蚀，逐层剥除观察。FIB：聚焦离子束，用离子束代替电子束观察显微结构，可以透视剥除金属或者钝化层观察，所以FIB也可用于VLSI的纠错（可以加装能谱）2008-9-235http://esd.iclab.cn(1)一般的失效机理失效分析的手段：2）对于电流的分布（热点）观察：LCA：液晶法观察微区温度EMMI：电子空穴复合产生光子观察电流的大小电子探针技术：使用电压/电流对二次电子谱的影响，OBIRCH：红外加

6、热导致电阻变化，可以透射观察热成像仪（3）成分观察：EDAS、电子微探针显微分析(EPMA)、俄歇电子能谱(AES)、x射线光电子能谱(xPS)、二次离子质谱(SIMs)等方法2008-9-236http://esd.iclab.cn典型的失效形式1、D-SsiliconfilamentdefectduetohighESDstressfield2、gateoxidefilmsbreakdownduetohighESDelectricfield3、ESDdamagesinmetalinterconnectduetojouleheating4、latentESDf

7、ailure2008-9-237http://esd.iclab.cn1、D-Ssiliconfilamentdefect下图是一个典型的双极保护电路，其中扩散电阻R2008-9-238http://esd.iclab.cn在HBMESD冲击下损伤在FOD的末端，特征是热损伤－细丝状损伤，位置drain和gate互连末端的contact，并热扩散到source一边，这种热损伤很普遍，D-Ssiliconfilamentdefect.在MMESD冲击下，有类似的D-Ssiliconfilamentdefect.此外器件的两端有点状烧损和横跨drain区域的丝状烧

8、损，这些是MM典型特征，MM有环振特点