从激光扰动到故障定位：SOM如何锁定芯片异常

芯片在电性能测试中出现异常，不意味着故障位置已经明确。我们在上篇文章中介绍过，部分缺陷会产生光子或热点，但开路、参数漂移和时序边缘问题往往缺少明显的被动信号，扫描光学显微技术（Scanning Optical Microscopy, SOM）通过聚焦激光主动扰动芯片，再把电流、电压或功能状态的变化映射到扫描坐标，为失效分析提供定位线索。

以光为探针：SOM如何生成故障图

图1. SOM缺陷分析技术原理

激光与芯片相互作用时，主要通过热效应和光电效应产生热扰动和光生载流子扰动。波长1064nm光子的能量略高于硅带隙，作用于芯片时可产生光生载流子，改变结区电流、节点电位或晶体管状态；而波长1340nm光子的能量低于硅带隙，光电效应减弱，产生以局部升温为主的热效应，温度升高通常会使得材料的电阻率上升，进而影响电阻、阈值电压和门电路延迟。

当芯片处于稳定偏置时，可通过激光照射来监测微小的电流或电压变化，形成OBIRCH（Optical Beam Induced Resistance Change）、TIVA（Thermally Induced Voltage Alteration）、OBIC（Optical Beam Induced Current）、LIVA（Light Induced Voltage Alteration）等静态方法；芯片在时钟和测试图形下运行时，则观察激光是否改变测试结果或时序裕量，对应SDL（Soft Defect Localization）、LADA（Laser Assisted Device Alteration）等动态方法。

顺着故障特征，选择检测路径

SOM的方法选择，取决于缺陷对哪种效应的变化更敏感，以及这种变化能否被稳定观测抓取。

对于不完全短路、高阻接触、电流拥挤及金属化层开路，热效应可改变电阻、功率耗散或热电势，OBIRCH、TIVA等方法更适合定位这类电阻和互连异常。

对于PN结漏电、击穿及晶体管状态异常，光生载流子会改变结区电流和节点电位，OBIC、LIVA既可观察结区电活性，也可定位异常器件或节点。

对于参数漂移、时序裕量不足及间歇性失效，芯片往往没有稳定发光或持续热点。LADA、SDL通过观察激光是否改变传播延迟或通过/失败结果，寻找对故障最敏感的逻辑区域。

这些缺陷和相关方法并非一一对应的关系，同一种缺陷在不同偏置、频率和测试图形下可能产生不同响应，最终仍需根据故障机理和可读取信号选择方法。

亮点是发现故障的线索

SOM图像中的每个像素，记录的是激光照射前后电流、电压、延迟或测试结果的变化。故障图中颜色仅表示响应幅值和方向，最亮位置不一定等同于缺陷本身位置，缺陷也可能存在于与其相连的晶体管、供电通路或其他下游节点。

在测试人员改变测试电压、频率、测试图形、温度或激光功率后，故障的响应可能会发生增强、减弱甚至转移，这种变化可以帮助分析人员判断故障的触发边界与故障发生的位置。精确的定位需要逐层验证：重复调整参数并扫描，排除噪声和漂移；与良品、版图及电气路径对照，确认响应与失效现象一致；再结合其他检测结果，通过FIB、SEM或TEM确认物理根因。SOM提供的是优先缩小缺陷坐标范围，而不是最终的缺陷判决。

组成综合检测平台中的重要一环

当电性能测试复现故障后，通过已经介绍的几项半导体失效分析技术， PEM、THM与SOM的介入其实并不存在固定的先后顺序。若怀疑结漏电、氧化层击穿或热载流子活动，可优先用PEM寻找微弱发光；若表现为短路、电流拥挤或局部高阻，则可用THM寻找自发热点；当样品缺少明确的光、热信号，或故障只在特定偏置、频率和测试图形下出现时，SOM可通过主动扰动进一步定位。三者也可对同一区域交叉验证。

SOM的介入位于故障复现之后、破坏性物理分析之前，主要用于三类场景：首轮流片和设计调试中，定位时序敏感区域；晶圆测试和良率爬坡中，将代表性失效样品与版图、晶圆图及失效Bin关联；可靠性和客退分析中，复现高低温、电压波动或长期运行后出现的间歇性故障。

进入Chiplet和3D封装后，发生失效的位置可能进一步微观至Die内部、微凸点、TSV、TGV、RDL及混合键合界面。日联科技集团的智能X射线检测整机装备可用于板级焊点、封装内部互连以及微凸点、TSV等精细结构的无损检测，识别空洞、异物和裂纹等结构异常。再结合集团旗下子公司SSTI与赛美康所掌握的SOM、PEM等失效分析技术，可进一步缩小故障范围，并与X射线发现的结构缺陷相互印证。

SOM和其他失效分析技术的典型应用方包括晶圆厂、IDM、芯片设计企业、封装测试企业及第三方失效分析机构，主要用于研发调试、良率分析、可靠性验证和客退分析。与量产ATE测试及在线全检承担的职责不同。

近年来，日联科技集团通过持续收并购，整合失效分析、超声、AOI、电性能、中子及可靠性测试等检测能力，形成以X射线检测为核心的“1+X”布局。多种检测技术分别服务于产品研发、生产检测、可靠性验证和失效分析等环节，与X射线检测互为补充，共同构成覆盖多个质量环节的综合检测平台。