基于EOS/ESD的集成电路失效分析及模拟验证方法
50%——在品控界是个很可怕的数字，有一对兄弟难题占到了产线不良率的一半江山。
在电子器件组装过程中，eos(electrical over stress)与 esd（electrical static discharge）造成的集成电路失效约占现场失效器件总数的50%，且通常伴随较高不良率以及潜在可靠性问题，是产线一大杀手。
当问题发生时，应该如何查找真因、寻找解决方案，一直以来都是困扰现场工程师、品控工程师的难题。广电计量集成电路失效分析实验室，通过多年的行业积累，总结出一套相对完整的针对eos/esd的分析方法，通过失效分析、模拟验证等手段，可以更好地协助现场工程师与设计工程师提升产线良率及ic的可靠性。
常见问题1：产线失效到底是由eos还是esd引起？
我们在做失效分析时，听到客户的要求是希望知道rootcause是eos还是esd，确认失效机理及真因，是改善良率的步，也是非常关键的一步。通常，我们区分eos还是esd会首先通过失效分析手法挖掘ic的物理失效现象，然后从现象上去区分。
常见esd物理失效表现：衬底击穿、多晶硅熔融、goxpin hole、contactmelted、metal melted等（见图1），常见eos物理失效表现：氧化层、金属层大面积熔融以及封装体碳化等现象（见图2）。
图1：常见esd物理失效现象
图2：常见eos物理失效现象
常见问题2：为什么eos和esd会造成不同的失效现象？
esd从广义上属于eos的一种，但是现场应用中我们通常把esd单独归类，除此之外的过电应力统归于eos。eos 是指长时间（几微秒到几秒）持续的过压或大电流造成的局部过热导致的失效，其电压、电流相对esd较低，但是持续时间长能量更高，经常有同一功能区块多处大面积的burnout现象。esd 单指在静电放电过程中瞬间高电压（通常在几千或上万伏特）大电流（1~10a）状态下引发的失效现象，主要特征为放电时间极短（1~100ns），因此一般呈现为轻微的点状失效。
表1：eos/esd信号特征
图3：eos/esd脉冲波形
综合以上，由于eos信号相对esd信号持续时间长，能量更强，所以通常会造成芯片大面积的burnout现象，这是eos不同于esd现象的主要特征。
常见问题3：什么情况下无法区分eos/esd？
一种情况是短脉冲eos（持续时间几个微秒）与esd的物理损伤十分相似，比如只造成很小面积的金属熔融，这种情况就很难区分是eos还是esd的能量造成。另一种情况是ic先经过了esd损伤，在后续功能验证时大漏电流诱发了burnout现象，使得ic表面同时存在eos和esd的物理失效特征，尤其常见于pad旁边的io buffer线路上，这种情况下单从物理失效现象是无法判断初始失效是否由esd导致。当遇到eos/esd无法区分的情况，需要通过模拟实验进一步验证，对ic或系统使用不同模型进行eos/esd模拟测试（见图4）testto fail，并针对失效ic进行分析。通过对比验证批芯片与实际失效芯片的物理失效现象（失效线路位置及失效发生的物理深度），不仅可以用来归纳真因，还可以了解ic或系统在不同条件下的耐受等级，从而进一步指导优化产线防护或ic的可靠性设计。针对新投产芯片也可以考虑从多维度进行eos/esd的验证与分析（见图5），不断提升ic的可靠性品质。
图4：ic常见eos模拟验证方式
图5：ic常见eos/esd测试项目
综上所述，当产线发生eos/esd失效时，应该从哪些方面进行分析及改良？我们通常建议客户参考以下流程进行：
针对失效ic进行电性及物理失效分析，确认其物理失效现象（失效点对应的电路位置及失效的物理深度），配合现场失效信息收集，初步推断eos/esd失效模型；
2.针对eos/esd无法判断的情况，对相关ic或系统进行eos/esd模拟试验，验证其电压、电流耐受等级，并针对失效芯片执行失效分析，对比实际失效状况，归纳真因及梳理改善方向；
3. 探测现场容易发生eos/esd的位置（例如使用esd event detector或高频示波器），针对产线应用进行改良。
生产人员/设备/环境的esd防护不佳
使用易感应静电的材料
模块测试开关引起的瞬态/毛刺/短时脉冲波形干扰
热插拔引发的瞬间电压、电流脉冲
电源供应器缺少过电保护装置及噪声滤波装置
提供超过组件可操作的工作电源
接地点反跳（接地点不足导致电流快速转换引起高电压）
过多过强的esd事件引发eos
其他设备的脉冲信号干扰
不正确的上电顺序
表2：ic常见eos/esd失效来源
广电计量集成电路失效分析实验室，配备完善的eos/esd/ra等测试设备及完整的失效分析手法，拥有经验丰富的材料及电性能可靠性专家，可以针对ic进行多方位的失效分析及可靠性验证方案的设计与执行。
关键词：芯片
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高效除磷剂在使用时需要注意些什么？
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图1：常见esd物理失效现象
图2：常见eos物理失效现象
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