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ICテスト 検査・評価 (試験項目／ 信頼性評価項目 (信頼性試験項目 (環境試験 (熱衝撃試験, 飽和型蒸気加圧試験, はんだ付け性試験,…
ICテスト
検査・評価
試験項目／
信頼性評価項目
プロービングテスト
Probing Test
テスターによる電気的な検査
ウェハ製造終了後、全数自動で行う
プローブカード
製造されたLSIチップとテスタを
電気的につなぐ治具
加速寿命試験
BUT／Burn-In Test
バーンインボードにデバイスをセットし
恒温槽に入れて温度と電圧によるストレスをかける
加速モデル
反応論モデル／
ｱﾚﾆｳｽ＆ｱｲﾘﾝｸﾞ・ﾓﾃﾞﾙ
『デバイスにとって有害な化学的・物理的反応が
起こって限界に達すると故障が起こる』
という一般的な故障モデル
アレニウスの式
K=A exp（－Ea/kT)
係数
A：定数
T：絶対温度
Ea：活性化エネルギー(eV)
K：反応速度
k：ボルツマン定数 =8.6157×10-5 (eV/K)
寿命時間：L=A exp (Ea/KT)
活性化エネルギーが分かっている反応の場合
温度Tにおける寿命予測ができる
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温度ストレスでどれくらい
故障が起きるかを計算できる
市場予測故障率：λ [Fit] の計算方法
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活性化エネルギー
正常状態から劣化状態へ
進むまでに必要なエネルギー
活性化エネルギーが
加わえらることで故障につながる
0.5～1.0
オープン
Al配線の腐食
Au-Alの金属間化合物
カーケンダルボイド
配線のエレクトロマイグレーション
配線のストレスマイグレーション
漏れ電流増加
反転層の生成
電荷がいっぱいあつまる層（エリア）の塊
ができてしまい、ちょっとしたエネルギーで
すぐに電気が流れてしまう状態
トランジスタ電流増幅率：hFEの劣化
水分によるイオン移動の加速
1.0～
Vt（閾値電圧）変動
イオン汚染
（イオンドリフト）
イオンによる電化の
偏りがVt変動の原因に
スロートラッピング
（ホットエレクトロン現象）
～0.5
ショート
酸化膜破壊
ボンディング強度試験
垂直（プル）・横（シェア）方向の荷重
信頼性用TEG／
Test Element Group
HC／Hot Carrier
ホットキャリア
TDDB／絶縁膜の経時破壊
Time Dependent Dielectric Breakdown
SM／Stressmigration
ストレスマイグレーション
MR／耐湿性
Moisture Resistance
EM／Electromigration
エレクトロマイグレーション
Stability／スタビリティー
Trの安定性
パッケージ評価
Alスライド
樹脂ストレスのかかりやすいチップコーナー部に
Al配線を配置し金属配線同士の
電気的オープン／ショートをチェックする
マイグレーション
モールド樹脂ストレスによる金属配線の断線
層間水分侵入
水分が侵入しやすいチップエッジ部にAl配線を配置し
パッシベーション膜・金属配線・金属配線眉間に
水分が侵入することによる金属配線同士の
電気的オープン／ショートをチェックする
イオン汚染
腐食
配線断線
チップクラック
水分が侵入しやすいチップエッジ部に
Al配線を配置し金属配線同士の
電気的オープン／ショートをチェックする
ショート
リーク不良
Al腐食
パッシベーション膜を取り除いた
エリアを設け最表面層配線の
電気的オープン／ショートをチェックする
水分侵入によるAl配線腐食
組立変動
樹脂ストレスのかかりやすい
チップコーナー部にポリシリコン抵抗を
配置し抵抗値の変動をチェック
トランジスタの動作確認をする
モールド樹脂封止前後の
IC特性変動
ボンディング不良
ダイボンド・ワイヤーボンド工程で
個別に評価する
クレータリング
パープルブレイク
ボンディング剥がれ
パッケージクラック
チップサイズ・パッケージに合わせて
サイズを変更し評価する
パッケージ膨れ
Au線断線
モールド樹脂吸湿特性による樹脂クラック
パッケージサイズ
パッシベーション膜クラック
（一番上の保護膜）
チップ中央部に広くAl線を配置し
パッシベーション、眉間膜への
ダメージによる金属配線同士の
電気的オープン／ショートをチェックする
金属配線腐食
傷
フィラーアタック
マイグレーション
コスリ
電気的評価例
段差配線部のAlステップカバレッジ
配線中のボイド
コンタクト部のAlステップカバレッジ
（ステップカバレッジ：段差）
Alに電気を流して断線して
ないか観察する
パッシベーション膜/層間膜のステップカバレッジやピンホール
信頼性試験項目
機械的試験
振動試験
衝撃試験
リード疲労試験
リード引っ張り試験
自然落下試験
環境試験
熱衝撃試験
飽和型蒸気加圧試験
はんだ付け性試験
不飽和型蒸気加圧試験
はんだ耐熱性試験
温度サイクル試験
塩水噴霧試験
寿命試験
低温動作試験
高温高湿ﾊﾞｲｱｽ試験
高温高湿保存試験
高温保存試験
低温保存試験
高温動作試験
特殊試験
ラッチアップ試験
耐溶剤性試験
静電破壊試験
ソフトエラー試験
故障分布
バスタブカーブ
摩耗故障期
故障率が急激に増加し
寿命の終わりとみなされます
初期故障期
製造上の欠陥によるもので
故障率は時間の経過と共に低下し
安定した状態に落ち着いていきます
偶発故障期
故障率はほぼ一定
正規分布
N(μ, σ2)
平均値を中心とした左右対称の釣鐘分布
品質管理で最も多く使用すれる
μ：平均値
σ：標準偏差
平均からどれくらいの
バラつきがあるかの数値
±σ：68.3%
±3σ：99.73%
±2σ：95.45%
対数正規分布
時間t の対数 ln t が正規分布となる分布
エレクトロマイグレーションの寿命などに適合
指数分布
故障率：λが時間に対して一定の分布
装置システムの信頼性に使用される
ﾜｲﾌﾞﾙ分布
形状パラメーター：m の値によって
初期故障期・偶発故障期・摩耗故障期の
各領域に当てはめることができる
半導体デバイス寿命データの
解析モデルとして超人気
m>1
摩耗故障
故障率：λtは時間と共に増加
m=2
対数正規分布に近い形
m=4
正規分布に近い形
m=1
偶発故障
故障率：λt=const（一定）
m<1
初期故障
故障率：λtは時間と共に減少
同じ症状のみ使用可能
同一の不具合なら今後の発生見込みが可能
違う症状はワイブル曲線を使っても意味がない
不良・不具合
故障モード
メーカー原因
前工程／Fab
デバイス領域
ホットキャリア／HCI
Hot Carrier Injection
電気的エネルギーが非常に
高い電子による酸化膜の破壊
エレクトロマイグレーション
EM／Electro Migration
電気伝導体の中で移動する電子が
金属原子にぶつかって金属イオンが
徐々に移動することにより破壊される現象
ゲート酸化膜の欠陥
TDDB／絶縁膜の経時破壊
Time Dependence Dielectric Breakdown
ゲート絶縁膜が破壊される現象
ストレスマイグレーション
SM／Stress Migration
温度ストレスによる破壊
異素材の金属が異なる熱膨張係数に
よって応力を発生させることが原因
配線領域
Via形成異常
断線
後工程
ダイ異常（クラック）
はく離
ワイヤ異常
パッケージ内異物
端子間異物
パッケージクラック／マイクロクラック
ポップコーンクラック
リフロー・ハンダ付け工程の過熱時に発生する
半導体のモールド樹脂に生じる亀裂
主にパッケージ内の水分が加熱によって
水蒸気爆発を起こすことが原因となるため
ポップコーンクラックとも呼ばれる
ポップコーン現象／水蒸気爆発
Popcorn effect
ICパッケージ内部の水分が
水蒸気爆発を起こすこと
客先原因
EOS／電気的な過負荷
Electric Over Stress
外観で分かることが多い
原因の特定はある程度できる
再現することは超難しい
はんだ不良
リーク電流／Leak
サージ電流／surge current
電気回路などに瞬間的に定常状態を
超えて発生する大波電流
ESD／静電気負荷
Electro Static Discharge
解析装置／analyzer
非破壊解析
外観
顕微鏡／Microscope
電気的
カーブトレーサー／Curve Tracer
サーキットテスター／Circuit Tester
内部
SAT／超音波映像装置
Scanning Acoustic Tomograph
「材料ごとに音波反射の特性が違う」
という原理を活かして内部構造を調べて
映像を出力させる
SAM／超音波顕微鏡
Scanning Acoustic Microscope
「材料ごとに音波反射の特性が違う」
という原理を活かして内部の空洞を調べて
顕微鏡で微細な構造解析をする
C SAM／超音波顕微鏡
Constant-depth mode SAM
SAMに比べて深いところまで解析できる
X線検査装置
Xray Analysis
破壊解析（物理解析／Phisical Failure Analysis）
ICチップ上
PEM／エミッション顕微鏡
Photo Emission Microscopy
EMMS／EMI／EMS
半導体の抵抗部分に電気を流したときに
発光する現象を利用した装置
OBIRCH／光加熱抵抗変化／オバーク
Optical Beam Induced Resistance Change
レーザー照射して電流変動を
可視化することで故障箇所を特定する
IR-OBIRCH
レーザ光として赤外レーザ(Infra Red)を用いるもの
液晶解析
Liquid Crystal Analyze
液晶の相転移を
利用した解析方法
IC全体に液晶を塗りたくって電気を流すと
異常箇所で発熱し、相転移を起こす
液体と固体の配列がランダムになって
光を通さない部分が出来上がる
そして光学顕微鏡で相転移を見つけて
不良箇所を特定する
SEM／走査型電子顕微鏡
Scanning Electron Microscope
電子ビームを発射して対象の
電気的解析を行う装置
TEM／透過型電子顕微鏡
Transmission Electron Microscope
透過してきた電子線の強弱から内部の構造を
把握する。故障箇所付近ギリギリまで
ICを削って薄い断面を解析する
EBテスター／電子ビームテスタ
電子プロービング／electron-beam tester
LSIの電気特性を試験するための
LSIテスタとストロボSEMを組み合わせた装置
FIB／集束イオンビーム
Focused Ion Beam
きわめて細く集束したイオンビームを試料表面で
走査することにより、発生した二次電子などを
検出して顕微鏡像を観察したり、試料表面を
加工して断線や模擬配線をの作成などができる
マイクロプロービング
電子プロービング
異常部分析
オージェ
SIMS
EDX
X線 成分分析装置
X線の反射を利用してゴミの成分を調べる
FTIR