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芯片短路失效模式在芯片失效分析中是最常見的，那么針對這種故障模式應(yīng)該怎么開展失效分析呢？

常見典型的失效分析流程如下圖所示：

芯片短路失效模式的失效分析方法：

一、非破壞性分析

1、外觀檢查

利用光學(xué)顯微鏡仔細查看芯片表面。檢查是否存在劃痕、裂紋、金屬遷移的痕跡等物理損傷。同時，留意芯片引腳部分，查看是否有短路的跡象，例如引腳間是否存在多余的金屬絲、錫橋或者污染物等。

這種外觀檢查能夠快速發(fā)現(xiàn)一些較為明顯的可能導(dǎo)致短路的外部因素。下圖為一個芯片引腳短路的形貌，導(dǎo)致出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是芯片切割導(dǎo)致的銅絲殘留。

2、電學(xué)性能初步測試--IV測試

IV測試（電流--電壓特性測試）是非常重要的一步。通過向芯片施加不同的電壓，并測量相應(yīng)的電流，繪制出IV曲線。在短路情況下，IV曲線會呈現(xiàn)出阻性特征，在沒有IV測試儀時可以使用萬用表進行引腳之間的阻抗測試，或者使用二極管檔測試每個管腳ESD電路的二極管壓降（紅表筆接芯片的GND，黑表筆接引腳，如短路則顯示為0.001V）。

3、X-ray檢測或CT檢測

X-ray能夠穿透芯片封裝，對芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行成像。可以查看芯片內(nèi)部的金屬連線、焊點等結(jié)構(gòu)是否存在異常。例如，它可以檢測到內(nèi)部金屬連線是否有斷裂后搭接造成短路的情況。

4、聲掃（聲學(xué)掃描顯微鏡）

聲掃利用超聲波對芯片進行檢測。超聲波在芯片內(nèi)部不同介質(zhì)界面?zhèn)鞑r會發(fā)生反射，根據(jù)反射信號構(gòu)建芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像。對于檢測芯片內(nèi)部的分層、空洞或者封裝內(nèi)部的物理缺陷非常有效。

5、熱點定位（封裝級或芯片開蓋后）

可使用紅外熱成像設(shè)備進行熱點觀察。芯片在正常工作時，不同區(qū)域的功耗不同，發(fā)熱情況也不同。如果存在短路區(qū)域，由于電流異常增大，該區(qū)域會出現(xiàn)異常的發(fā)熱點。通過觀察可以定位到這些熱點，從而推斷出可能存在短路的電路部分或者元件。

熱點定位有助于進一步縮小短路故障的排查范圍，確定是哪個具體的電路模塊或者晶體管等元件附近可能存在短路情況。

二、破壞性分析

6、開封（Decapsulation）

當(dāng)非破壞性分析無法確定短路原因時，需要進行開封操作。去除芯片的封裝材料，以暴露芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行觀察。在開封過程中，要采用合適的化學(xué)試劑或設(shè)備，像酸性溶液或激光開封設(shè)備，并且要小心操作，避免對芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成額外損害。

大部分短路失效的樣品開蓋后即可觀察到Burn Mark，但也有一些芯片開蓋后開不到明顯的異常，如下圖短路樣品開蓋后在熱點區(qū)域未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

針對開蓋后無法觀察到Burn Mark的芯片，可以選擇如下兩種方式進行下一步的分析：Backside樣品制備和IR檢查或逐層去層進行顯微鏡檢查，也可以兩種方式都開展。

7、Backside樣品制備和IR檢查

將芯片進行取die或者背面研磨樣品制備，露出芯片的晶背，隨后使用IR顯微鏡從晶背透視對熱點區(qū)域進行觀察。為什么IR檢查可以透視呢？IR（紅外線）能透過硅主要原因：

1）原子排列和晶格振動：硅是一種半導(dǎo)體材料，具有特定的晶體結(jié)構(gòu)（金剛石立方結(jié)構(gòu)）。硅原子在晶格中的排列方式使得其在紅外波段的晶格振動模式與紅外輻射有一定的相互作用。硅晶體中的原子振動會產(chǎn)生聲子，在紅外波段，這些聲子的能量與紅外光子的能量有一定的匹配關(guān)系，使得紅外輻射在一定程度上可以與硅晶體相互作用并透過。

2）能帶結(jié)構(gòu)：硅的能帶結(jié)構(gòu)決定了它對不同能量光子的吸收特性。在紅外波段，硅的能帶結(jié)構(gòu)使得它對紅外光子的吸收相對較弱，從而允許部分紅外光透過。硅的禁帶寬度為1.12eV，對應(yīng)的波長約為1.1μm，對于波長大于這個值（能量低于禁帶寬度對應(yīng)的能量）的紅外光，硅的吸收系數(shù)相對較低，所以紅外光有較大的透過率。

注：不是所有的芯片都可以使用IR進行透視，比如像Intel的芯片就無法使用IR進行透視，原因大概率是因為Intel的摻雜不同，這些雜質(zhì)原子在硅晶體中會引入額外的能級，這些能級會影響硅對紅外光的吸收。

8、去層（Layer Removal）

    如果經(jīng)過前面的分析仍然無法確定短路原因，就需要進行去層操作。按照芯片的結(jié)構(gòu)層次，逐層去除芯片的材料層。在去層過程中，每去除一層都要進行檢查，例如使用光學(xué)顯微鏡或者SEM（掃描電子顯微鏡）進行觀察。查看是否存在層間短路，如金屬層之間的絕緣層損壞導(dǎo)致的短路，或者是在制造過程中某一層的工藝缺陷引發(fā)的短路。