SOI电路可靠性筛选技术及失效机理研究

可靠性筛选是提高电子产品良率的重要技术手段。针对绝缘体上硅（SOI）技术日益广泛的应用,通过大量实验研究了SOI电路的常用筛选试验,并对失效样品进行了相应的失效机理研究。首先讨论了SOI电路失效模式和筛选方法之间的关系;其次,针对三款SOI电路分别开展了老炼应力、高温贮存及恒定加速度试验来进行可靠性筛选;最后,利用光发射显微镜、扫描电子显微镜、聚焦离子束和激励源诱导故障测试等失效分析手段,对失效样品进行了失效模式及机理分析,揭示了失效根源,为改进工艺、提高SOI电路可靠性提供了依据。     

GaAs集成电路的金属化缺陷失效定位研究

介绍了一种针对砷化镓集成电路(GaAs IC)金属化缺陷的失效定位方法。首先分析了GaAs IC不同金属化结构(如金属化互连、MIM结构、肖特基接触电极)的光发射显微及光致电阻变化(EMMI/OBIRCH)效应,再结合典型的电路原理,得到可能的电路缺陷模型与EMMI/OBIRCH结果之间的对应关系,从而快速、准确地由EMMI/OBIRCH图像得到金属化开路或者短路失效位置。案例研究结果表明,该方法可用于GaAs IC的失效定位,例如放大器、高速数字驱动电路、射频开关等,适用的失效模式包括基极金属化台阶断裂、源极金属通孔开裂形成的开路或MIM金属化桥连形成的低阻等。     

集成电路失效定位技术现状和发展趋势

集成电路(IC)失效分析包含了不同的分析流程,但所有的步骤都是以失效定位和故障隔离作为第一步工作。失效定位指的是不断地缩小半导体器件故障范围直至可以进行破坏性物理分析的过程。根据IC的结构特点和分析思路,将整个失效分析流程中失效定位分为封装级失效定位、器件级失效定位和物理分析失效定位。通过定位技术结合案例分析的形式,重点介绍了时域反射、X射线断层扫描、扫描声学分析、锁相红外成像、光发射分析、激光激发技术和电压衬度等关键的失效定位技术原理和方法。总结了不同失效定位技术的适用范围和面临的挑战。同时,也对未来失效分析技术发展趋势进行了展望。     

集成电路氧化层失效定位技术研究

介绍了一种针对集成电路氧化层失效的定位和分析技术。采用光发射显微镜、光致电阻变化技术,对比出电路中不同的发光机构或电阻变化点。结合电路故障假设法和版图分析,对氧化层失效位置进行定位。最终,采用制样和物理分析方法,找到失效原因。案例分析表明,该方法精确、快速,可应用于CMOS集成电路的栅氧化层、双极集成电路的MOS电容氧化层、GaAs集成电路的MIM电容的失效定位,减少了后续FIB或RIE等物理分析方法的工作量,提高了失效分析的成功率。     

基于失效物理的集成电路故障定位方法

超大规模集成电路后道工艺(BEOL)中的失效日益增多,例如多层金属化布线桥连、划伤,栅氧化层的静电放电(ESD)损伤、裂纹等失效模式,由于失效点本身尺寸小加上电路规模大,使得失效分析难度增加。为了能够对故障点进行快速、精确定位,提出了基于失效物理的集成电路故障定位方法。根据CMOS反相器电路的失效模式提出了4种主要故障模型:栅极电平连接至电源(地)、栅极连接的金属化高阻或者开路、氧化层漏电和pn结漏电。结合故障模型产生的光发射显微镜(PEM)和光致电阻变化(OBIRCH)现象的特征形貌和位置特点,进行合理的失效物理假设。结果表明,基于该方法可对通孔缺陷、多层金属化布线损伤以及栅氧化层静电放电损伤失效进行有效的定位,快速缩小失效范围,提高失效分析的成功率。     

基于电路和版图辅助的集成电路失效定位研究

EMMI和OBIRCH是通用的集成电路失效定位方法,二者属于器件级定位,能够将失效缩小至局部,但可能无法精确定位失效结构。在EMMI或者OBIRCH技术基础上,提出一种基于电路原理/仿真、版图、微探针测试等来辅助电路分析的定位方法。首先通过有效电激励进行EMMI和OBIRCH分析,确认标记点是否属于失效的功能电路;再通过电路原理分析或版图确定可能的漏电位置和结构,最后经电路仿真或微探针测试等方法确定精确失效点。案例研究结果显示,基于电路和版图辅助法,可快速定位氧化层击穿形成的漏电、金属划伤引起的CMOS反相器负载低阻和金属刻蚀缺陷导致的功能失效,提高了失效分析的成功率。     

FIB与PEM联用在半导体器件失效分析中的应用

在半导体器件的失效分析中,缺陷定位是必不可少的重要环节.光发射显微镜(PEM)是IC失效定位中最有效的工具之一.PEM利用了IC器件缺陷在一定条件下的发光现象,迅速定位缺陷.而聚焦等离子束(FIB)的定点切割和沉积技术在亚微米级半导体工艺失效分析中扮演着越来越重要的作用.介绍了一种联合使用FIB和PEM进行亚微米级缺陷定位的新方法,使得一些单独使用PEM无法完成缺陷定位的案例得以成功解决.     

基于热激光激发OBIRCH技术的失效分析

针对传统失效定位技术如光辐射显微镜(EMMI)和红外成像等无法对互连失效进行定位的问题,在半导体失效分析中引入了热激光激发(TLS)技术进行失效定位.该技术应用激光束对材料进行加热,改变材料电阻特性,从而检测到缺陷.光束感生电阻变化(OBIRCH)技术即为TLS技术的一种.对技术原理进行了综述,并利用OBIRCH激光扫描显微镜对功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、集成电路静电放电(ESD)保护端口和金属-绝缘体-金属(MIM)电容进行失效定位.结果表明TLS技术对于短路、漏电以及电流路径成像的定位十分有效.特别是难以观察的微小失效如晶体管击穿、铝硅互熔短路和介质层裂纹等.OBIRCH技术对精确和快速地定位多层金属化布线、新型封装的短路和阻性缺陷等方面有着重要的作用.     

EMMI故障定位和基于故障树的GaAs MMIC失效分析

首先通过故障树的方式,分析了某6位数控衰减器衰减态翻转速度异常的失效模式和失效机理。把故障树的顶事件2dB衰减态翻转速度异常分为开关管ESD损伤、驱动信号异常、衰减电阻异常、控制端电阻异常4个子事件,经过分析得出翻转速度异常最大可能是由于控制端电阻过大引发RC延迟现象,进而导致关断或开启延迟故障。然后通过微光显微镜和激光感应阻抗变化率对故障件进行故障定位确定了故障点,为分析结果提供了依据。     

OBIRCH用于集成电路短路的背面失效定位

基于光束感生电阻变化(OBIRCH)的热激光激发定位技术广泛应用于半导体器件的失效分析,特别是大规模集成电路的短路失效定位.详细介绍了OBIRCH技术在芯片背面失效定位时的原理和方法,通过精密研磨、抛光等先进制样手段对失效样品进行开封、芯片背面减薄.采用OBIRCH方法从芯片背面进行激光成像,成功对0.18 μm工艺6层金属化布线的集成电路ggNMOS结构保护网络二次击穿和PMOS电容栅氧化层损伤进行了失效定位,并对背面定位图像和正面定位图像、InGaAs CCD成像进行了对比分析.结果表明,InGaAs CCD成像模糊并无法定位,OBIRCH背面定位成像比正面成像清楚,可以精确定位并观察到缺陷点.因此,OBIRCH技术用于集成电路短路的背面失效定位是准确的,可解决多层结构的正面定位难题.     

基于ESD的芯片失效分析

提出了一种基于静电放电（ESD）的芯片可靠性测试及失效分析流程,并且以芯片静电放电测试为例详细阐述了芯片失效分析的过程与实现方法,包括电性失效分析和物理失效分析。通过专用仪器对芯片进行了静电放电测试,并利用红外微光显微镜（EMMI）及砷化镓铟微光显微镜（InGaAs）等实现芯片故障定位,从而确定芯片的失效模式与失效机理,实验证明该方法切实有效,这种失效分析的结果对优化集成电路的抗静电设计以及外部工作环境的完善都具有重要的参考意义。     

SOI专用集成电路的静态电流监测和失效分析

静态电流测试是一种高灵敏度、低成本的集成电路失效分析技术,在集成电路故障检测、可靠性测试及筛选中的应用日益普遍。针对某绝缘体上硅专用集成电路在老炼和热冲击实验后出现的静态电流测试失效现象,结合样品伏安特性、光发射显微镜和扫描电子显微镜等电学和物理失效分析手段,确定了栅氧化层中物理缺陷的存在、位置及类型;结合栅氧化层经时介质击穿原理分析,揭示了样品的主要失效机理,并分析了经时介质击穿失效的根源,为改进工艺、提高电路可靠性提供了依据。     

基于GPU的SIFT特征提取算法研究

传统SIFT算法的优化和实现都是针对常用处理器（CPU）提出的,处理速度慢,实时性很难得到保证。通过实现基于NVIDIA公司CUDA架构图形处理器（GPU）的SIFT特征提取算法,优化了数据存储结构,提高了数据访问效率。实验结果表明,基于GPU的SIFT特征提取算法充分利用GPU的并行处理能力,计算速度提高幅度明显,图像越大越复杂,提高的幅度越大,处理1600×1200图像时甚至可达近15倍的加速比,极大地提高了SIFT算法在实际应用中的实时性。     

基于多目标优化的SIFT特征匹配算法

SIFT算子在实际应用中,由于地面图像本身特征不明显且提取出的特征点多、乱以及灰度变化不明显等特点的影响,从而导致特征点误匹配。为此提出一种改进的SIFT图像特征匹配算法。该算法是在SIFT特征匹配的基础上,利用多目标优化算法,建立相关匹配模板,利用给定同一场景的两幅图像,寻找同一场景点投影到图像中的模板之间的相关性建立数学模型即目标函数,根据同一幅图像中模板间的距离建立边界约束条件,从而剔除一些误匹配点。实验表明,该算法可以有效地提高图像匹配精度。     

由栅氧损伤引起闩锁效应的失效分析

随着MOS器件特征尺寸的缩小和栅氧化层厚度的减薄,栅氧损伤成为MOS集成电路在实际应用中的主要失效模式之一.闩锁是CMOS集成电路结构所固有的寄生效应,寄生的可控硅结构一旦被特定条件触发,会在电源与地之间形成大电流通路,导致整个器件失效.对一例由栅氧损伤引起器件闩锁效应的失效进行分析.通过微光显微镜(EMMI)技术和激光诱导阻值变化(OBIRCH)技术进行失效定位,在电路板级通信状态下进行闩锁效应复现及验证.最后通过分析损伤所在的电路功能和器件结构,阐述闩锁效应形成的机理.     

基于快速SIFT匹配的行人信息检测

在智能监控中,检测行人是判断异常的必要步骤,复杂场景下行人检测一直是研究的热点难点,依据人体头部作为人体这种非刚体中的稳定部分,提出了一种快速而稳健的行人检测算法。该算法首先对摄像头拍摄的视频选取感兴趣区域,利用离线训练的Adaboost级联分类器检测人的头部区域,然后通过快速SIFT算法匹配相邻帧的人的头部,进而进行判断人的运动速度以及方向,便于进行下一步研究。通过实验验证以及与目前具有相关代表性的方法对比,论证了所提出算法在复杂场景下也具有很好的检测匹配效果,具有良好的有效性和可靠性。     

基于SIFT的边缘局部仿射的图像拼接算法

本文针对累计误差形成的多幅图像拼接产生畸变的问题,提出了一种基于边缘局部仿射的拼接算法,在拼接过程中逐步衰减仿射变换,使得图像在拼接过程中逐渐降低过仿射带来的畸变.同时为从视觉上分析图像拼接过程特征点的变化情况,本文还提出了一种基于特征点的骨架图算法,通过拼接后骨架图的图像来分析各种拼接算法.可以广泛应用于拼接算法的测试过程.