集成电路失效分析中缺陷快速精确定位技术及实验研究

发布时间：2017-06-02 04:11

  本文关键词：集成电路失效分析中缺陷快速精确定位技术及实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在集成电路失效分析中,对于功能性失效集成电路,仅凭一种缺陷定位技术很难快速精确地定位到其中的硬缺陷。由于软缺陷会导致集成电路的功能性测试结果随温度等测试条件的变化而改变,这使得软缺陷的快速精确定位更加困难。本文详细阐述了集成电路中出现的主要典型缺陷及其对电路的影响,系统介绍了业界上的主要缺陷定位技术。在对四种主要缺陷定位技术,即光发射显微镜技术(Photon Emission Microscopy,PEM)、激光热效应激励电阻变化技术(Optical Beam Induced Resistance Change,OBIRCH)、电路原理图及版图分析技术(Schematic/layout study)、以及微探针测试技术(Microprobing),进行了深入理论研究的基础上,集中它们的优势提出一种硬缺陷定位的优化流程法,该方法能够在较短的时间内逐步缩小失效电路的分析范围并最终锁定缺陷点,达到快速精确地定位各种典型硬缺陷的目的。实验结果表明,运用单一缺陷定位技术进行硬缺陷定位需要两周甚至更长,成功率只有60%左右,而运用优化流程法使得硬缺陷定位平均时间缩短到了五天,成功率可达95%。针对优化流程法不易定位的软缺陷,通过动态同步法实现集成电路测试系统与OBIRCH的激光扫描模块的动态同步,通过将模拟混合信号集成电路的测试结果做数字归一化处理,实现了运用现有的OBIRCH缺陷定位技术来快速精确地定位数字电路和模拟混合信号电路中的软缺陷。改变了软缺陷几乎不能定位的现状,并且平均分析时间只需三天。本论文的主要创新点包括:1、集中PEM、OBIRCH、Schematic/layout study、以及Microprobing这四种技术的优势,提出硬缺陷定位的优化流程法,可在较短的时间内逐步缩小失效电路的分析范围并最终锁定缺陷点,实现硬缺陷的快速精确定位。2、对于数字电路中的软缺陷,提出动态同步法来实现集成电路测试系统和OBIRCH的激光扫描系统的动态同步,从而实现运用现有的OBIRCH技术来快速精确定位软缺陷。3、针对模拟混合信号电路中的软缺陷,将各种各样的模拟混合信号参数的异常变化归一化地转化为数字化的测试结果标志,使其能够被OBIRCH所识别并满足动态同步的要求,从而实现运用OBIRCH技术来快速精确定位模拟混合信号电路中的软缺陷。
【关键词】：失效分析 缺陷定位 光发射显微镜技术 激光热效应激励电阻变化技术 软缺陷定位技术
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN407
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 前言11-12
• 1.2 集成电路失效分析12-13
• 1.3 集成电路失效机理13-15
• 1.4 缺陷定位技术国内外发展现状15-19
• 1.5 本论文的选题意义19
• 1.6 本论文的内容安排和主要创新点19-21
• 1.7 本章小结21-22
• 第二章 缺陷定位技术研究及优化流程法22-37
• 2.1 PEM技术22-30
• 2.1.1 半导体材料发光机理23-24
• 2.1.2 光发射显微镜24-26
• 2.1.3 光发射源分类26
• 2.1.4 MOS晶体管、二极管和三极管发光特性研究26-30
• 2.2 OBIRCH技术30-33
• 2.2.1 OBIRCH工作原理31-32
• 2.2.2 OBIRCH的应用范围32-33
• 2.3 Schematic/Layout study33
• 2.4 Microprobing测试技术33-34
• 2.5 优化流程法34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 优化流程法快速精确定位栅氧化层缺陷37-58
• 3.1 PEM直接定位MOS晶体管栅氧化层缺陷37-42
• 3.1.1 运用PEM进行缺陷定位38
• 3.1.2 Schematic/layout study38-40
• 3.1.3 缺陷的物理特性分析40
• 3.1.4 缺陷形成原因分析40-42
• 3.2 组合运用PEM、Schematic/layout study、Microprobing以及OBIRCH定位MOS晶体管栅氧化层缺陷42-47
• 3.2.1 运用PEM进行缺陷定位42
• 3.2.2 Schematic/layout study42-44
• 3.2.3 Microprobing测试44-45
• 3.2.4 OBIRCH分析45-46
• 3.2.5 缺陷的物理特性分析46-47
• 3.3 PEM直接定位电容上的栅氧化层缺陷47-51
• 3.3.1 运用PEM进行缺陷定位47-48
• 3.3.2 Schematic/layout study分析48-49
• 3.3.3 缺陷的物理特性分析49
• 3.3.4 缺陷形成原因分析49-51
• 3.4 组合运用PEM、Schematic/layout study、Microprobing以及OBIRCH定位电容上的栅氧化层缺陷51-56
• 3.4.1 运用PEM进行缺陷定位51-52
• 3.4.2 Schematic/layout study52-53
• 3.4.3 Microprobing测试53-54
• 3.4.4 OBIRCH分析54
• 3.4.5 电容C2所在电路及其结构54-55
• 3.4.6 缺陷的物理特性分析55
• 3.4.7 缺陷形成原因分析55-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第四章 优化流程法快速精确定位金属层缺陷58-79
• 4.1 PEM直接定位金属层缺陷58-65
• 4.1.1 运用PEM进行缺陷定位58-59
• 4.1.2 Schematic/layout study59-60
• 4.1.3 电路原理图版图深入分析及其Microprobing测试60-63
• 4.1.4 OBIRCH分析63
• 4.1.5 缺陷的物理特性分析63-64
• 4.1.6 缺陷形成原因分析64-65
• 4.2 组合运用PEM、Schematic/layout study、Microprobing以及OBIRCH定位金属层缺陷65-71
• 4.2.1 运用PEM进行缺陷定位65-66
• 4.2.2 Schematic/layout study66-68
• 4.2.3 Microprobing测试68-69
• 4.2.4 OBIRCH分析69
• 4.2.5 缺陷的物理特性分析69-70
• 4.2.6 缺陷形成原因分析70-71
• 4.3 组合运用Schematic/layout study、Microprobing以及OBIRCH定位金属层缺陷71-77
• 4.3.1 运用PEM进行缺陷定位71
• 4.3.2 Schematic/layout study71-72
• 4.3.3 Microprobing测试72-74
• 4.3.4 定位漏电流点的间接方法74-75
• 4.3.5 V-I测试75
• 4.3.6 OBIRCH缺陷定位75-76
• 4.3.7 异常OBIRCH点版图分析76-77
• 4.3.8 缺陷的物理特性分析77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 优化流程法快速精确定位过孔/接触孔缺陷79-104
• 5.1 组合运用PEM、Schematic/layout study、Microprobing以及OBIRCH定位阻性偏大过孔缺陷79-86
• 5.1.1 运用PEM进行缺陷定位80
• 5.1.2 Schematic/layout study80-81
• 5.1.3 Microprobing测试81-83
• 5.1.4 OBIRCH缺陷定位83-84
• 5.1.5 缺陷的物理特性分析84-85
• 5.1.6 缺陷形成原因分析85-86
• 5.2 组合运用PEM、Schematic/layout study以及Microprobing定位开路过孔缺陷86-91
• 5.2.1 运用PEM进行缺陷定位86-87
• 5.2.2 Schematic/layout study87-88
• 5.2.3 Microprobing测试88-89
• 5.2.4 缺陷的物理特性分析89-91
• 5.2.5 缺陷形成原因分析91
• 5.3 组合运用Schematic/layout study和Microprobing定位开路接触孔缺陷91-97
• 5.3.1 运用PEM进行缺陷定位92
• 5.3.2 Schematic/layout study92-93
• 5.3.3 Microprobing测试93-96
• 5.3.4 缺陷的物理特性分析96-97
• 5.3.5 缺陷形成原因分析97
• 5.4 组合运用PEM、Schematic/layout study以及Microprobing定位开路接触孔缺陷97-102
• 5.4.1 运用PEM进行缺陷定位98
• 5.4.2 Schematic/layout study和Microprobing测试98-100
• 5.4.3 缺陷的物理特性分析100-101
• 5.4.4 缺陷形成原因分析101-102
• 5.5 本章小结102-104
• 第六章 软缺陷定位方法研究104-121
• 6.1 OBIRCH定位软缺陷——动态同步法105-107
• 6.2 数字集成电路上的软缺陷定位实验分析107-113
• 6.2.1 运用PEM进行缺陷定位107-108
• 6.2.2 运用OBIRCH进行软缺陷定位108-111
• 6.2.3 软缺陷物理分析111-113
• 6.2.4 缺陷形成原因分析113
• 6.3 模拟混合信号集成电路上的软缺陷定位113-120
• 6.3.1 模拟混合信号参数异常变化的数字归一化处理方法114-115
• 6.3.2 模拟混合信号集成电路上的软缺陷定位115
• 6.3.3 运用PEM进行缺陷定位115-116
• 6.3.4 运用OBIRCH进行软缺陷定位116-118
• 6.3.5 软缺陷物理分析118-120
• 6.3.6 缺陷形成原因分析120
• 6.4 本章小结120-121
• 第七章 总结与展望121-124
• 7.1 论文工作总结121-122
• 7.2 未来工作展望122-124
• 参考文献124-134
• 发表论文专利和参加科研情况说明134-136
• 致谢136-137

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