[發明專利]一種功率器件的失效定位方法

在審

• 申請號: 201610470513.8
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN107544014A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 沈立;程玉華
• 申請（專利權）人: 上海北京大學微電子研究院
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28;G01R31/02;G01J5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及功率器件的芯片級失效分析技術領域，具體涉及一種功率器件的失效定位方法。

背景技術

功率器件廣泛應用于消費品、工業、醫用及交通運輸業，是綠色能源、節能環保的主力產品。保障和提升器件的質量和可靠性是非常重要的課題。優良的器件質量要經歷設計、工藝和產品研發、量產、可靠性測試、封裝等階段的反復改進提升，這些都離不開失效分析，甚至包括產品進入系統應用端同樣存在失效分析的必要。

功率器件的芯片級及封裝級兩個階段最為決定產品的質量，封裝級的失效分析會結合TDR檢測、X—ray檢測及SAM檢測等技術展開，而芯片級失效涉及的分析更為復雜，需要的技術方法較多。其中，失效定位是最為關鍵的步驟。對于功率器件，結構相對簡單，它的失效定位就是物理失效定位。失效定位的目的是要找到缺陷在芯片內的物理位置，實現后續缺陷解析的有的放矢。定位越精確，后續的針對缺陷暴露和特性分析就越方便，尤其功率芯片中的缺陷也在隨著工藝的發展發生微縮化，定位的精確性更加重要。如對重復元胞構成的分立器件芯片來說，定位的目標是要能確認出失效的單個元胞。

漏電流增大是功率器件失效的主要電學表現形式之一。所謂漏電流，是由于芯片絕緣介質不完全絕緣，而是有一定的阻抗，故存在損耗現象，而這一部份損耗以電流的形式表現出來就是漏電流。當芯片中存在超出其規范的漏電流時，則表明芯片存在嚴重缺陷。對應造成漏電流增大的缺陷種類涵蓋ESD、Latch—up、結間漏電流、熱載流子效應、柵氧漏電流等。功率芯片的漏電流失效會大幅度減短器件的使用壽命，因此，如何更好地定位與分析功率器件的漏電流和提高其可靠性，已經成為非常重要的問題。

發明內容

為解決上述功率器件失效分析中的定位技術問題，本發明提供了一種功率器件的漏電流定位方法。

本發明所采用的技術方案是：失效功率器件在外加偏壓的條件下，漏電流區域會由于熱量的影響產生明顯的溫度變化，以致與周圍其他部分溫度不同，檢測這些高溫區域就實現了間接檢測漏電流。通過紅外熱成像技術對功率器件的芯片表面的溫度場進行實時監測，從而有效捕捉熱點的物理位置。異常熱區代表著存在大電流，而失效點通常就在或靠近熱點部位，這樣就可以有效定位失效點。包括如下步驟：

1.通過機械開封或化學開封的方法打開失效功率器件樣本，使芯片上表面暴露。

2.將上述開封后的功率器件放置在有溫控裝置的載物臺上，設置合適的溫度。

3.固定并調節高空間分辨率和熱分辨率的紅外熱成像儀，使其顯示屏剛好容納芯片。

4.對上述紅外熱成像儀下的功率器件進行電壓偏置，所施加電壓遵循緩慢增

大再減小的重復過程，觀察紅外熱成像儀的顯示屏，熱點周期性出現與消失，找到熱點最清晰時刻的偏置電壓。整個過程在暗房中進行。

5.對功率器件施加恒定的上述偏置電壓，獲取該偏置電壓下的芯片表面熱像圖。

6.將上述熱像圖與芯片物理結構圖疊加處理，以準確定位異常漏電流。

本發明的有益效果是：紅外熱成像屬于非接觸測量技術，不會影響被測目標的溫度分布，且具有操作簡單方便、響應速度塊、靈敏度高、測溫范圍寬和空間分辨率高的優點，能精確捕捉熱點，以定位失效部位，從而為后續的糾正和預防措施提供證據和方向，最終實現功率器件設計成本的下降、研發周期的縮短。

附圖說明

圖1是本發明的功率器件失效定位設備示意圖；

圖2是本發明的功率器件失效定位方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明具體實施方式做進一步的說明：

如圖1所示，本發明專利所述的功率器件失效定位方法所使用的設備由帶有溫控裝置的載物臺、與電腦相連接的紅外熱成像儀以及外部可控電源組成。

如圖2所示，本發明專利是一種功率器件的失效定位方法。包括以下步驟：

步驟1：對于非密封性環氧樹脂模塑料封裝的功率器件采用化學腐蝕的方法進行開封，而對于密封性環氧樹脂模塑料封裝或者金屬封裝的功率器件則采用機械方法進行開封，均以開封后不破壞功率器件的電連接為原則，以完全暴露出芯片上表面為目標。

步驟2：將上述開封后的功率器件放置在有溫控裝置的載物臺上，設置合適的溫度。

步驟3：固定高空間分辨率和熱分辨率的紅外熱成像儀，調節焦距和測量距離，使其顯示屏剛好容納芯片，并能清晰地觀測到芯片表面。