반도체 전기 고장 분석 Electrical Failure Analysis (EFA)의 종류와 개념 (1)

이번 글에서는 반도체 전기 고장 분석 (EFA)의 종류과 개념에 대해 살펴보겠습니다. 

 

 

반도체 전기 고장 분석 Electrical Failure Analysis (EFA)의 종류

 

전기 고장 분석(EFA)의 종류로는 전기적 특성, PEM-CCD, PEM-InGaAs, OBIRCH 등이 있습니다. 

 

 

 

 

반도체 전기 고장 분석 Electrical Failure Analysis (EFA)의 개념

 

1) 전기적 특성 측정 : 이 기술은 반도체 소자의 저항, 정전용량, 인덕턴스 등 전기적 특성을 파악하는 데 사용되며 고장과 정상 칩에서 측정된 특성은 추가 고장 분석에 중요한 단서를 제공할 수 있습니다.

2) PEM-CCD : 광자 방출 현미경 (PEM)이라고도 불리는 방출 현미경 (EMMI)을 사용하여 고 방출 광자, 핫 스폿을 감지하여 해당 고장 위치를 확인하는 데 사용됩니다.

 

광자 방출 현미경은 400nm와 1100nm 사이의 파장을 가진 광자를 감지하기 위해 저온 전하 결합 장치(C-CCD)를 사용하며 반도체 장치에서 방출되는 이러한 광자는 일반적으로 전자-광자 재조합에 의해 기증되므로 EMMI는 래치업과 같은 관련 고장을 감지하기에 좋습니다. 

 

PEM-CCD는 전자-광자 재결합으로 이어지는 장애 및 P-N 접합부 누출, 단선 또는 단락으로 인한 트랜지스터 고장, Lat- chup, 게이트 산화물 누출, 폴리실리콘 필라멘트, 기판손상, 장치 꺼짐 등의 분석에 이용됩니다.

3) PEM-InGaAs : InGaAs EMMI의 줄임말인 InGaAs는 기존 EMMI와 유사하지만 전자의 경우 Si로 구성된 검출기와 후자의 경우 InGaAs로 구성된 검출기가 다릅니다. 

 

이러한 차이는 InGaAs의 검출을 900~1700nm(적외선) 사이의 더 긴 파장 범위로 이동시킵니다.

 

동작 전압이 지속적으로 감소함에 따라 전자-정공 결합에 의한 방출 광자의 파장이 적외선 범위로 이동하고 InGaAs는 더 낮은 전압에서 작동하는 IC에서 핫 스폿을 더 잘 감지하며 InGaAs의 감도가 기존의 EMMI보다 훨씬 우수한 장점이 있습니다. 이로 인해 InGaAs는 결함 분리를 위한 중요한 불량분석 도구가 되었습니다.

PEM-InGaAs은 Si-CCD 기반 EMMI와 유사하지만 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.

a. 더 낮은 작동 전압으로 IC 검사에 더 유리하다
b. IR 범위에서 양자 수율이 더 높다. 
c. Si 기판의 IR 전송률이 높아 후면 검사에 더욱 강력하다
d. 핫스폿의 현장 검사는 Si-CCD 기반 EMMI보다 훨씬 효율적이다. 

4) OBIRCH : 적외선 광빔 유도 저항 변화는 IR 조명 유도 저항 변화를 감지하는 데 사용되는 고장 분석 도구입니다. 1340nm 파장의 IR 레이저를 사용하여 전압이 부가된 IC 소자를 체계적으로 스캔하며 방금 스캔한 영역은 조사된 광자를 흡수하여 저항을 변화시키고 감지 전류를 변화시킵니다. 일반적으로 고장 위치의 저항 변화는 정상 영역의 저항 변화와 다르므로 감지 전류가 구별되며 따라서 전류 변화가 다른 영역과 분명히 다른 위치는 고장 지점일 가능성이 높아 핫스폿이라고도 합니다. 

 

 

 

이러한 측정은 락인(lock-in) 기능을 추가함으로써 감도를 높일 수 있고 더 나아가 후면 측정에도 사용될 수 있습니다. 오늘날 IR-OBIRCH는 IC 개발에 적용되는 필수불가결한 중요한 불량분석 기술로 인정받고 있습니다.

OBIRCH은 IDDQ 고장 분석(Idd 대기 전류), 금속선 불량검사(공극, Si결절), 접촉 구멍의 이상 저항 점검(접촉에 의한 부적절 등), 금속 또는 폴리 브리징 검사에 사용됩니다.
 
5) Thermal EMMI : MEMOS의 원리는 고장에서 발생하는 열복사를 감지하기 위해 고감도 InSb 검출기를 사용하는 것입니다. 콤팩트하고 사용하기 쉬운 이 THEMOS 미니는 고장 격리에 사용되는 새로운 비파괴 EFA 도구입니다. IC 장치의 앞면 또는 뒷면을 통해 고장을 검사할 때 필요 없는 캡슐화 해제가 또 하나의 장점입니다.

 

MTOS의 원리는 고장에서 발생하는 열복사를 감지하기 위해 고감도 InSb 검출기를 사용하는 것으로 열 분포를 기반으로 '핫 스폿'의 위치는 x-y 평면뿐만 아니라 열 수송 관련 계산으로 수직 축에서도 식별할 수 있습니다. 따라서, MTOS는 스택형 다이 패키지를 위한 강력한 불량분석 도구이고 IC, 패키지, PCB, 패널, 수동 부품 등에 대한 고장분석에 적용할 수 있습니다.

Thermal EMMI은 시장에서 가장 민감한 열원 감지 시스템, 실시간 락인 측정 및 높은 SNR, 고온 분해능력, 비아/접촉 시 이상 저항 감지, 본드 와이어 단락, 유전층 누출/고장, TFT-LCD 누출/유기 EL 누출에 대한 고장 격리 등에 응용됩니다.

 

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