반도체 칩의 불량 분석, Failure Analysis(FA)에 대해서 (eFA, pFA, OFI)

반도체 불량 분석 (Failure Analysis, FA)

📌 목차

1. FA 개요 2. Failure Analysis Flow 3. eFA (Electrical Failure Analysis) 4. OFI (Optical Fault Isolation) 5. pFA (Physical Failure Analysis) 6. Reference

 

반도체 산업에서 제품의 신뢰성과 수율(Yield)을 보장하는 것은 매우 중요합니다. 하지만 공정 과정에서 미세한 불량이 발생할 수 있으며, 이를 해결하기 위해서는 철저한 불량 분석(Failure Analysis, FA)이 필요합니다.

 

FA는 크게 전기적 분석(eFA)과 물리적 분석(pFA)으로 나뉘며, 각각의 방법을 통해 불량 원인을 규명하고 공정 개선에 기여합니다. 이번 글에서는 eFA와 pFA를 중심으로 반도체 불량 분석의 핵심 개념을 정리해보겠습니다.

 

 

 

 

 

Failure Analysis Flow

다음은 Failure Analysis의 전체적인 Flow입니다.

Fabrication이 완료된 칩을 EDS 테스트후, 그 결과를 가지고 이제 불량분석을 하는 것입니다. 

평가 및 분석을 반복적으로 돌리며  적기 수율 향상(Timely Yield  Ramp-up)을 도모할 수 있습니다. 

 

PKG 조립 이후 또 ATE 과정이 있고,(PKG sorting) 거기서 fail이 난다면 eFA와 pFA의 프로세스를 똑같이 거칩니다. 

 

 

 

 

eFA와 pFA를 요약하면 다음 표와 같습니다. 

쉽게 생각하면 eFA를 통해 불량 위치 특정 > pFA로 물리적 결함 확인 > Root Cause 분석과 같은 프로세스 입니다.

 

 

 

 

 

 

 eFA(electrical Failure Analysis)

eFA는 전기적 특성을 기반으로 불량을 분석하는 과정이지만, Scan Test나 SRAM 동작 등의 특정 패턴을 주입하여 출력값을 분석하는 방식이므로, 이를 수행하기 위해서는 DFT회로가 필수적입니다.

eFA는 크게 SCAN과 SRAM으로 나뉘어집니다. 

이들은 ATE로부터 나오는 Fail log를 분석해 불량 위치를 isolation(특정)합니다.

SCAN과 SRAM은 다소 내용이 복잡해 추후 따로 포스팅 하겠습니다.

 

 

 

 

 

OFI(Optical Fault Isolation)

그리고 DC fault 같이 eFA를 통한 불량 isolation이 불가능할 경우, ATE와 연계하여 광학적인 방법으로 분석을 진행하는 것을 OFI(Optical Fault Isolation)이라고 합니다.

photo emission 측정, thermal emission 측정, laser simulation 방법 등으로 진행됩니다. 

아래 분석기기 기업 페이지에 더 자세히 나와있습니다.

반도체 고장 분리 | 광학적 고장 분리 | Thermo Fisher Scientific - KR

 

 

 

 

 

 

pFA(physical Failure Analysis)

eFA, OFI로 분석한 불량 point와 종류를 바탕으로 실제 물리적으로 세부적으로 분석하며 불량을 특정하는 단계입니다.

반도체에는 수많은 layer들이 있는데,

우선 물리적으로 위에 두꺼운 layer들을 grinding 하며 걷어내고

defect point까지 가면, SEM, TEM(+EDAX), AFM등의 고해상도 전자현미경을 통해 시료 표면을 이미지화 하여 분석합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Reference

• https://www3.advantest.com/en_DE/products/ic-test-systems/v93000-soc-smart-scale
• https://semiconductor.samsung.com/kr/support/tools-resources/fabrication-process/eight-essential-semiconductor-fabrication-processes-part-1-what-is-a-wafer/
• https://news.samsung.com/medialibrary/kr/photo/30146?&page=294