隨著科技進步，智能化產品與日俱增。從電腦、智能手機，再到汽車電子、人工智能，如今在我們的生產生活中已隨處可見。它們之所以能夠得以發(fā)展，驅動內部收發(fā)信號的半導體芯片是關鍵。

我們這里講的半導體為IC（集成電路）或者LSI（大規(guī)模集成電路）。制造的芯片可以分為邏輯芯片、存儲芯片、模擬芯片、功率器件。根據摩爾定律，每18-24個月，集成電路上可以容納的器件數目就會增加一倍，這將讓更多的科技應用逐步實現，并得以優(yōu)化。應用場景和市場的擴大，半導體芯片的需求無疑也會隨之增長，對其質量則有了更高的要求。

比如汽車行業(yè)，除了傳統的汽車電子，目前也有許多目光投向了自動駕駛。像這樣高度涉及人身安全的車用芯片，在高溫、低溫、受潮、老化、長期工作等因素下，性能都必須保持穩(wěn)定。所以，無論從半導體芯片的研發(fā)設計，再到前道工序，后道工序，甚至最終投入使用，每一個流程都需要有必要的檢測來護航。

芯片制作流程概括性示意

對于芯片制造商來說，單純知道芯片是否達標，以此來淘汰壞品保證輸出產品質量，是遠不夠的。還需要“知其所以然”，保證良率，追根溯源，節(jié)約成本的同時給企業(yè)創(chuàng)造更高的效益。所以圍繞著這個主題，將進行一系列的檢測，我們將此稱為半導體失效分析。它的意義在于確定半導體芯片的失效模式和失效機理，以此進行追責，提出糾正措施，防止問題重復出現。

失效分析檢測簡直就像一場“追兇”之旅。通過初步證據鎖定嫌疑范圍，再通過各種方法獲得更多證據，步步鎖定，撥開層層“疑云”去獲得最終的真相。檢測流程上，一般來說，制造商會首先對待測半導體晶圓（wafer）或裸片（die）實施傳統的電性測量。一方面來確定芯片是否有故障的情況存在；一方面，若故障確切存在，也可以為后續(xù)失效分析提供必要的信息。

已經過諸多工藝處理后的晶圓（wafer），裸片（die）即從其切割而來

但想達到溯源的目的，僅憑傳統的電性測試是遠不夠的。還需要進一步了解缺陷具體存在的位置，甚至還原出失效的場景、模式，用以了解失效機理。這也就是在半導體失效分析中重要而困難的一項，缺陷定位。失效分析工程師結合測試機測得的失效模式以及其他故障信息，可以初步判斷需要采取的定位方法，然后不斷結合獲得的新數據，逐步推測出失效發(fā)生在芯片的哪層結構中，及其根本緣由。

缺陷定位

而半導體工藝日新月異發(fā)展飛速，制程上，從70年代的微米級芯片早已經提升至納米級芯片。芯片層數增加和晶體管數量的急劇增加，讓失效點越來越難以發(fā)現。不斷提升的集成度，對檢測設備的性能提出了更多的挑戰(zhàn)。

1971年到2000年，英特爾芯片的發(fā)展

挑戰(zhàn) 1：更高的弱光探測能力

首先，芯片集成化程度越來越高，芯片的層數也將逐漸增多，電路會變得越來越細，電壓要求也隨之降低。因此，在檢測過程中，故障處可能發(fā)出的光信號就變得微弱，再加上層數的疊加，光信號將再次被削弱，這要求檢測儀擁有更高的弱光探測能力。

挑戰(zhàn) 2：更多檢測功能

不斷提高的集成度在帶來了日趨強大的芯片功能外，也讓可能出現的故障風險變得更多。一旦出現失效，其故障原因亦可能更加復雜。因此，在失效定位時，需要發(fā)展出更多、更細化的測試方法和功能模塊，去對應這樣的變化。

挑戰(zhàn) 3：無損檢測技術的推進

對于出現問題返廠的成品芯片，一般會在完成一系列無損檢測（如X射線檢測），以及打開封裝后的顯微鏡檢查后，再進入到傳統電性測試這一步。對于愈加高集成化、緊湊的芯片來說，打開封裝時內部裸片受損的可能性會增大，而這一步亦是不可逆的。受損后，失效模式將難以還原，繼而無法得出失效的真正原因。因此，需要時，可以盡量達到無損檢測，也是給失效定位提出的又一挑戰(zhàn)。

早在30余年前，濱松就開始了在半導體失效分析應用中的研究。1987年，推出了第一代微光顯微鏡，并在此后逐漸組建起了專門針對半導體缺陷位置定位的PHEMOS系列產品。針對應用中呈現出的諸多要求，濱松亦在技術上做出了進一步的開發(fā)。

濱松半導體失效分析系統PHEMOS系列

為了增強微光探測能力，濱松開發(fā)了C-CCD、Si-CCD、InGaAs等多類高端相機。用戶可根據樣品制程和結構，選擇不同的相機加裝在設備中。

IPHEMOS-MP的信號偵測示意

除了相機以外，濱松還不斷為PHEMOS系列開發(fā)出了新的功能模塊，實現更多元、更深入的檢測，以應對越來越復雜的故障原因：

· 可通過Probing的方式給樣品加電，廣泛適用于從prober card到12英寸wafer的測試；

· 可搭載波長為1.3 μm的激光，實現OBIRCH（Optical beam induced resistance change 激光誘導電阻改變測試）。也可選配其他光源，將樣品連接測試機進行DALS， EOP/EOFM測量，實現樣品的動態(tài)缺陷檢測分析。通過這些誘導偵測方法，能有效的截獲因溫度、頻率、電壓的改變而導致sample時好時壞的困擾；

· 可選配Laser marker功能，方便后續(xù)分析。Laser marker為脈沖激光，可自定義設置打點位置、次數、能量強度、打點形狀等；

· 可選配Nano lens & Sil cap，從樣品背面觀察內部結構。Nano lens & Sil cap在工作時會與樣品表面完全接觸，增加了圖像的清晰度，提升了分辨率便于觀察更細的線路。搭配Nano lens的使用，用戶還可以選配tilt stage，將樣品調平，增強信號偵測強度;

· 除了Emission功能外，PHEMOS系列還具備Thermal的功能模塊。通過配備InSb材料的高靈敏度熱成像相機，可探測發(fā)射熱點源，方便用于package樣品偵測，不需要給待測品去除封裝，實現無損檢測。設備可以同時滿足給樣品加多路電，有效降低噪聲提升信號敏感度。（可提供單獨擁有此功能的Thermal-F1）

高靈敏度熱成像相機 C9985-06

半導體制造涉及眾多工序，過程復雜。除了失效分析以外，濱松還有眾多產品都被應用在了其中，以保證生產制造的順利進行以及產品的質量。以沉淀了60余年的光子技術，為半導體制造提供支持。

責任編輯：wv