芯片在研发验证或量产过程中，短路与漏电是最常见的失效模式之一。此类异常不仅导致功能丧失，还可能引发可靠性风险。精准定位短路漏电路径并解析物理根因，是改进工艺与设计的关键环节。面对复杂的集成电路结构，单一检测手段往往难以奏效，需要结合电性测试与非破坏性定位技术，最终通过物理分析确认失效点。
一、芯片短路与漏电失效机理
短路与漏电异常通常源于制造缺陷、设计冗余不足或外部应力损伤。理解失效机理是制定检测方案的前提，常见的物理根因包括介质击穿、金属桥接及结漏电。
1. 介质层击穿
栅氧化层或层间介质因工艺瑕疵或过电压应力（EOS）导致绝缘性能下降。当电场强度超过介质承受极限时，形成导电通路，表现为管脚间低阻抗短路或高漏电。
2. 金属桥接与短路
制程中的光刻残留、蚀刻不净或电迁移现象可能导致相邻金属线之间形成意外连接。此类短路通常表现为电源与地之间或信号线之间的阻值异常。
3. 结漏电与缺陷
硅衬底中的位错、杂质沉淀或离子注入异常会导致 PN 结反向漏电流增大。这种漏电通常具有电压依赖性，且在高温环境下表现更为显著。
二、异常定位关键检测技术
定位短路漏电点需要利用异常电流产生的热效应或光发射效应。不同的失效模式适用不同的定位工具，组合使用可提高准确率。
1. I-V 曲线追踪分析
通过半导体参数分析仪测量失效管脚的电流 – 电压特性曲线。对比正常品与失效品的曲线形态，可初步判断失效类型是短路、开路还是漏电，并估算失效电阻值，为后续定位提供偏置条件。
2. 微光显微镜检测（EMMI）
利用高灵敏度相机捕捉芯片内部因载流子复合或热电子效应产生的微弱光子。EMMI 适用于定位正向偏置下的结漏电、栅氧化层击穿及闩锁效应发光点。
3. 光诱导电阻变化技术（OBIRCH）
通过激光扫描芯片表面，监测电源电流的变化。当激光照射到缺陷位置时，局部温度变化引起电阻改变，从而锁定高阻短路或金属层间的微小漏电通道。
| 检测技术 | 适用失效模式 | 优势 | 局限性 |
|---|---|---|---|
| EMMI | 结漏电、氧化层击穿 | 非破坏性、定位直观 | 对高阻短路不敏感 |
| OBIRCH | 金属桥接、高阻短路 | 分辨率高、适合深層缺陷 | 需要稳定电源偏置 |
| Thermal Imaging | 大电流短路、 hotspot | 响应速度快 | 空间分辨率较低 |
三、物理分析与根因确认
非破坏性定位仅能提供异常区域坐标，必须通过物理切片技术暴露内部结构，结合显微成像与成分分析确认根本原因。
1. 开盖与去层处理
使用化学试剂或等离子蚀刻去除芯片封装材料及层间介质。针对多层金属结构，需严格控制蚀刻速率，避免损伤下层关键电路。
2. 聚焦离子束切割（FIB）
在定位坐标处进行微米级切割，制作横截面样品。FIB 可精确暴露特定金属层或通孔结构，便于观察层间短路或介质缺陷。
3. 扫描电子显微镜与能谱分析（SEM/EDX）
利用 SEM 观察失效点微观形貌，结合 EDX 检测元素成分。可识别是否存在金属迁移、异物污染或硅晶格损伤，为工艺改进提供确凿证据。
四、检测流程与预防建议
规范的失效分析流程能避免二次损伤并确保数据可追溯。企业应建立从电测到物测的标准作业程序，并结合分析结果优化设计。
- 失效样品接收与外观检查，记录封装完整性；
- 电性测试确认失效模式，绘制 I-V 曲线；
- 非破坏性定位（EMMI/OBIRCH）锁定异常坐标；
- 物理切片制备（Decap/FIB）暴露失效结构；
- 显微观察与成分分析，输出根因报告；
- 针对根因提出工艺或设计改进建议。
为预防此类异常，建议在版图设计阶段增加 ESD 保护电路，优化电源网络布局。制程中需加强颗粒管控与介质质量监测，定期进行可靠性应力测试，提前剔除潜在失效品。
分析总结与技术建议
芯片短路与漏电分析是一项系统工程，依赖电性特征与物理结构的关联验证。精准定位需要选择合适的偏置条件与检测工具，物理确认则要求高精度的切片与成像能力。只有将非破坏性定位与破坏性物理分析紧密结合，才能高效锁定根因，避免误判。
关于上海德垲
上海德垲作为专业第三方半导体检测分析机构，专注于集成电路失效分析与可靠性评估。实验室配备高分辨率 EMMI、OBIRCH、锁相热成像仪及双束 FIB-SEM 等先进设备，具备从晶圆级到封装级的全链条分析能力。技术团队拥有多年半导体工艺与失效分析经验，能够针对复杂短路漏电案例提供精准定位与根因解析服务。
欢迎联系专业工程师，获取针对您产品的定制化检测方案与技术支持。
