1 绪论
1.1 研究背景及意义
众所周知，随着科技发展和社会进步，人们对物质的需求越来越高。作为当今科技的主要组成部分，集成电路在我们的日常生活中几乎已经到了无所不在的地步。
作为电子产品的核心部件，集成电路芯片在设计完成后就要进入生产阶段，整个生产过程工艺复杂、周期漫长，要经过各种严格的参数测试、功能测试、可靠性测试以及应用测试，合格后方能投入市场，最终到消费者手中。由于在生产过程中受到工艺参数、操作人员、生产原料、机台状况以及环境等因素的影响，一些芯片在测试时难免会发生失效，从而影响产品的良率水平。要想在最短的时间内找到原因，解决问题，就必须对失效样品进行失效分析。
所谓失效分析是指通过对问题样品的分析观察，找出失效机理，为失效原因的分析指明方向，然后再通过相应制造工艺的改进,从而避免类似失效事件发生。 它不仅要求要对集成电路制造工艺流程及原理有着深刻的认识，同时也必须熟知芯片上下游的测试、封装等专业知识,并需要逐步积累日常失效分析的经验。[1]。
1.2 定位技术在失效分析技术中的重要性
一般而言，失效分析流程可简单描述为：失效模式确认-外观检查-无损分析-电性测量-去封装-失效点定位-逐层剥层分析。在整个流程中，失效点的定位无疑是重中之重。只有精确的失效定位才可能为后续的物理分析提供正确的方向。[2]。
2.失效分析中定位技术的概述
集成电路失效分析中缺陷位置的定位是一个重要而困难的问题。随着制造技术的发展，集成电路由最初的小规模集成发展到现在的大规模及超大规模（16nm 及以下技术节点）的程度[3]。集成度的提高使芯片功能越来越强大、应用越来越广泛的同时，也使得失效分析变得越来越困难，特别是对失效点定位技术的要求也越来越高。
2.1 定位技术应用的基本原则
失效分析中失效点的定位与其他产品一样，自有一套基本的流程。在拿到确认失效的芯片后，不可能直接进行电性方面的缺陷定位。首先，必须先进行整体外观的检查而不是直接开封，诸如 X 光、SAM(Sonic Acoustic Microscope)等技术会被使用。只有在芯片整体不能发现任何异常的前提下，才可以打开封装，进入有损失效分析阶段，电性测量、电性方面的缺陷定位等后续分析才可以进行。
2.2 定位技术的步骤
对于集成电路失效的定位分析，具体到失效的多样性，大多时候分析过程都不尽相同，但针对正常的定位分析，其定位分析步骤大体上可分为以下几步：
首先，需要检查芯片的失效测试数据及模式。
其次，在确认失效模式后，将失效模式进行归类。
再次，根据初步的定位，运用专业的分析手段对失效芯片逐步分析，推断失效原因。
第四，配合专业生产部门的工程师及工艺整合工程师，根据推断的失效原因提出改进的方案，避免类似问题再次发生，以期提高产品的良率。
第五，总结分析经验，建立详细的文档，从而节约分析时间，提高分析的成功率。
2.3 定位技术的应用及特点
失效分析最终都是以找出缺陷为目的，在分析的整个过程中，缺陷定位的思想贯穿着失效分析的始终。
在失效分析的前半部分中，可以通过光学显微镜观察封装的表面：检查锡球是否完好，引脚是否正常，封装树脂是否有裂痕或者腐蚀的存在。更进一步，还可以使用诸如 X 光、SAM 等设备来探测失效样品内部封装的状况，一些常见的热应力导致封装内部产生裂痕，或者焊线断裂等问题都可以使用这些技术清楚地观察到。
以上这些无损分析方法的好处是不会对失效样品产生影响，从而引入其它问题。但是这种分析只能针对封装所存在的一些问题做初步的分析，对于芯片本身的失效而言，这些方法是无法产生效果的。
此外，还有一部分电性的测量也是在未去封装的条件下进行的。借助 Agilent4156 等设备测量样品的伏安曲线，通过和客户返回的数据对比可以再次判断样品是否真正失效。
上述分析方法只是大概的分类，分析过程中也有许多的定位方法，比如 SEM/FIB VC，FIB Circuit Repair 等，在此就不再一一介绍了。
2.4 定位技术面临的挑战
虽然技术的进步、方法的改进最终可以克服上述遇到的难题，但新的问题也会不断出现。就失效分析而言，随着集成电路技术的快速发展，失效分析的工作将会越来越复杂，越来越困难。但如何更快、更精准地在高度集成的产品上定位出缺陷的位置，也始终是所有工作人员所面临的最大挑战！
3.集成电路定位技术分析
如前所述，失效分析技术的发展总是伴随着分析设备的发展而发展，定位技术尤其如此。特别是当前芯片的集成度、工艺复杂度不断增加，同时集成电路最小线宽甚至缩小到 16nm 以下，要想对如此小而密集的电路做分析定位，仅依靠人类自身的能力是远远不够的。各种先进的定位设备就成了分析人员最重要的依靠，甚至这些仪器设备在定位分析中所占的比重和所起的作用要超过分析人员本身[4]！
根据设备使用的顺序以及特点，一般可以将定位技术分为三类：去封装前的定位设备，即无损定位技术，如 SAM，X-Ray；去封装后的芯片整体定位技术，常见的有 OBIRCH 和 PEM；逐层分析器件级别的定位技术，如 SEM/FIB 的 VC 定位技术。
4.定位技术在集成电路失效分析中的应用
集成电路的失效分析实际上就是一个失效点定位的过程。纵观整个分析流程，每一个步骤都体现这样一个思想：不论是无损分析时使用的 SAM 和 X-Ray，或者是后续的 OBIRCH 及 PEM 的热点定位分析，直至最后应用 VC 分析，找出失效现象。针对大部分失效的定位分析，仅仅使用固有的定位技术就可以完成任务。
随着集成电路不断的发展，定位技术也不再局限于先前的单一工作模式，多设备、多技术的交叉综合应用越来越多。过去仅仅依靠诸如 OBIRCH、PEM 等定位方法在很多分析中越来越显示出它们的不足之处，这使得了很多分析明明有失效点的存在，但在分析时却无所发现，主要原因大都是由于样品结构本身的特殊性所致。
5.总结与展望
失效分析定位技术不仅仅是失效分析中的一个重要步骤，失效定位的思想贯穿着整个失效分析的始终。对于如今的大规模集成电路而言，要在数以千万计的器件中找出缺陷的位置，必须以精确的定位为前提。只有精确的失效点定位，后续的分析才有章可循，才有可能找到最终的失效机理和失效原因。
失效分析作为解决问题、探寻失效原因以及提高良率的重要手段也显得越来越重要。而作为失效分析中最重要的一环，定位技术也在分析压力及需求的驱动下有了长足的进步。
参考文献
[1].费庆宇．集成电路失效分析新技术[J]．电子产品可靠性与环境实验：2005，23(4)：1-5．
[2].杨绸绸．半导体器件失效分析的重要性及关键问题研究[J]．科技创新导报：2009，14(10)：4-4．
[3]. Gargini P. The International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS): "Past, present and future"[C]. Gaas IC Symposium. Washington,DC, USA: IEEE Computer Society: 2000:3-5.
[4].费庆宇．国内外电子元器件失效分析新技术及其采用的仪器设备[J]．电子产品可靠性与环境试验：1995，26(03)：57-61．
作者简介：杨君（1981年12月），男，天津市，天津工研科技发展有限公司，研究方向：集成电路。
