22、集成电路故障分析与调试：多案例深度解析

集成电路故障分析与调试：多案例深度解析

1. 引言

在集成电路（IC）的制造和设计过程中，故障的出现是不可避免的。这些故障可能源于多种因素，如原材料问题、加工工艺缺陷、测试与处理不当等。为了确保产品的质量和性能，准确识别和定位故障根源至关重要。本文将通过几个实际案例，详细介绍集成电路故障分析与调试的方法和技术。

2. 栅极氧化物缺陷的TEM直接观察

2.1 故障背景与挑战

栅极氧化物的击穿是CMOS IC中常见且重要的故障机制之一。其根源可能多种多样，传统的间接或装饰性方法（如湿化学蚀刻）在确定故障根源时往往效果不佳，难以准确揭示故障的本质和形态。

2.2 接近缺陷的方法

当栅极氧化物击穿时，多晶硅栅极会与硅衬底直接短路，导致栅极到衬底的泄漏电流增加。利用这一特性，可以通过以下步骤定位缺陷：
1. 选择实验样本 ：选取故障的SRAM和USB设备作为实验对象。
2. 电流测量定位 ：对于RAM设备，通过测量不同状态下的电流（ICC），将过量电流的来源定位到单个单元。
3. 光子发射显微镜成像 ：利用光子发射显微镜对电流进行成像，进一步在单元内定位缺陷。该技术还能区分不同的故障类型，如正向或反向偏置的pn结、饱和的晶体管、闩锁或栅极氧化物击穿。
4. 被动电压对比（PVC）技术 ：使用SEM或FIB，通过观察导体节点在成像时的充电和放电情况，利用被动电压对比效应，将缺陷定位到单个多晶硅晶体管级别。在某些情况下，还可结合电子束