摘要：紅外顯微鏡的結(jié)構(gòu)和金相顯微鏡相似。但它采用的是近紅外( 波長為01 75~ 3 微米) 光源， 并用紅外變像管成像。由于鍺、硅等半導(dǎo)體材料及薄金屬層對紅外輻射是透明的。
電子信息技術(shù)是當今新技術(shù)革命的核心， 電子元器件是發(fā)展電子信息技術(shù)的基礎(chǔ)。了解造成元器件失效的因素，以提高可靠性， 是電子信息技術(shù)應(yīng)用的必要保證。
開展電子元器件失效分析， 需要采用一些先進的分析測試技術(shù)和儀器。
1 光學顯微鏡分析技術(shù)
光學顯微鏡分析技術(shù)主要有立體顯微鏡和金相顯微鏡。
立體顯微鏡放大倍數(shù)小， 但景深大; 金相顯微鏡放大倍數(shù)大， 從幾十倍到一千多倍， 但景深小。把這兩種顯微鏡結(jié)合使用， 可觀測到器件的外觀， 以及失效部位的表面形狀、分布、尺寸、組織、結(jié)構(gòu)和應(yīng)力等。如用來觀察到芯片的燒毀和擊穿現(xiàn)象、引線鍵合情況、基片裂縫、沾污、劃傷、氧化層的缺陷、金屬層的腐蝕情況等。顯微鏡還可配有一些輔助裝置， 可提供明場、暗場、微分干涉相襯和偏振等觀察手段， 以適應(yīng)各種需要。
2 紅外分析技術(shù)
紅外顯微鏡的結(jié)構(gòu)和金相顯微鏡相似。但它采用的是近紅外( 波長為01 75~ 3 微米) 光源， 并用紅外變像管成像。由于鍺、硅等半導(dǎo)體材料及薄金屬層對紅外輻射是透明的。利用它， 不剖切器件的芯片也能觀察芯片內(nèi)部的缺陷及焊接情況等。它還特別適于作塑料封裝半導(dǎo)體器件的失效分析。
紅外顯微分析法是利用紅外顯微技術(shù)對微電子器件的微小面積進行高精度非接觸測溫的方法。器件的工作情況及失效會通過熱效應(yīng)反映出來。器件設(shè)計不當， 材料有缺陷， 工藝差錯等都會造成局部溫度升高。發(fā)熱點可能小到微米以下， 所以測溫必須針對微小面積。為了不影響器件的工作情況和電學特性， 測量又必須是非接觸的。找出熱點， 并用非接觸方式高精度地測出溫度， 對產(chǎn)品的設(shè)計、工藝過程控制、失效分析、可靠性檢驗等， 都具有重要意義。
紅外熱像儀是非接觸測溫技術(shù)， 它能測出表面各點的溫度， 給出試樣表面的溫度分布。
紅外熱像儀用振動、反射鏡等光學系統(tǒng)對試樣高速掃描， 將發(fā)自試樣表面各點的熱輻射會聚到檢測器上， 變成電信號， 再由顯示器形成黑白或彩色圖像， 以便用來分析表面各點的溫度。
3 聲學顯微鏡分析
超聲波可在金屬、陶瓷和塑料等均質(zhì)材料中傳播。用超聲波可檢驗材料表面及表面下邊的斷裂， 可探測多層結(jié)構(gòu)完整性等較為宏觀的缺陷。超聲波是檢測缺陷、進行失效分析的很有效的手段。將超聲波檢測同先進的光、機、電技術(shù)相結(jié)合， 還發(fā)展了聲學顯微分析技術(shù)， 用它能觀察到光學顯微鏡無法看到的樣品內(nèi)部情況， 能提供X 光透視無法得到的高襯度圖像， 能應(yīng)用于非破壞性分析。
4 液晶熱點檢測技術(shù)
如前所述， 半導(dǎo)體器件失效分析中， 熱點檢測是有效手段。
液晶是一種液體， 但溫度低于相變溫度， 則變?yōu)榫w。
晶體會顯示出各向異性。當它受熱， 溫度高過相變溫度，就會變成各向同性的液體。利用這一特性， 就可以在正交偏振光下觀察液晶的相變點， 從而找到熱點。
液晶熱點檢測設(shè)備由偏振光顯微鏡、可調(diào)溫度的樣品臺和樣品的電偏置控制電路組成。
液晶熱點檢測技術(shù)可用來檢查針孔和熱點等缺陷。若氧化層存在針孔， 它上面的金屬層和下面的半導(dǎo)體就可能短路， 而造成電學特性退化甚至失效。把液晶涂在被測管芯表面上， 再把樣品放在加熱臺上， 若管芯氧化層有針孔，則會出現(xiàn)漏電流而發(fā)熱， 使該點溫度升高， 利用正交偏振光在光學顯微鏡下， 觀察熱點與周圍顏色的不同， 便可確定器件上熱點的位置。
由于功耗小， 此法靈敏度高， 空間分辨率也高。
5 光輻射顯微分析技術(shù)
半導(dǎo)體材料在電場激發(fā)下， 載流子會在能級間躍遷而發(fā)射光子。半導(dǎo)體器件和集成電路中的光輻射可以分成三大類： 一是少子注入pn 結(jié)的復(fù)合輻射， 即非平衡少數(shù)載流子注入到勢壘， 并與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)出光子。二是電場加速載流子發(fā)光， 即在強電場的作用下產(chǎn)生的高速運動載流子與晶格上的原子碰撞， 使之電離而發(fā)光。三是介質(zhì)發(fā)光。在強電場下， 有隧道電流流過二氧化硅和氮化硅等介質(zhì)薄膜時， 就會有光子發(fā)射。
光輻射顯微鏡用微光探測技術(shù)， 將光子探測靈敏度提高6 個數(shù)量級， 與數(shù)字圖象技術(shù)相結(jié)合， 以提高信躁比。
20 世紀90 年代后， 又增加了對探測到的光輻射進行光譜分析的功能， 從而能夠確定光輻射的類型和性質(zhì)。
做光輻射顯微鏡探測， 首先要在外部光源下對樣品局部進行實時圖像探測， 然后對這一局部施加偏壓， 在不透光的屏蔽箱中， 探測樣品的光輻射。
半導(dǎo)體器件中， 多種類型的缺陷和損傷在一定強度電場作用下會產(chǎn)生漏電， 并伴隨載流子的躍進而產(chǎn)生光輻射，這樣對發(fā)光部位的定位就可能是對失效部位的定位。目前，光輻射顯微分析技術(shù)能探測到的缺陷和損傷類型有漏電結(jié)、接觸尖峰， 氧化缺陷、柵針孔、靜電放電損傷、閂鎖效應(yīng)、熱載流子、飽和態(tài)晶體管以及開關(guān)態(tài)晶體管等等。
