现今常用的功率晶体管架构，可概分为两大类，(一)垂直式结构 ; (二)水平式结构。

(一) 垂直式结构 (Vertical structure)

(二) 水平式结构

水平式功率MOSFET结构 (Lateral Double-diffused MOSFET，简称LDMOS)，通常被广泛应用于硅基材的晶体管中；而本文重点氮化镓高电子移动率晶体管(High Electron Mobility Transistor，简称HEMT)亦采用该类LDMOS的结构，示意图如图二。

目前市场主流为GaN-on-Si架构，利用氮化镓磊晶和金属导线等相关工艺，将P型掺杂氮化镓的闸极(Gate)，与源极(Source)和汲极(Drain)实现于硅基板(Si Substrate)之上，这种结构有以下优点：

• 可与标准的硅晶圆工艺兼容，工艺更具弹性化使之可于一般晶圆厂闲置产能进行量产，成本随之更加亲民。
• 在GaN和AlGaN之间形成的二维电子气(2-Dimensional Electron Gas, 2DEG)异质界面，具有非常高的电荷密度和迁移率，这样的组合有效降低RDS_(on)并提高组件的指令周期。
• 利用P型GaN进行二维电子气信道的阻断设计，使原先常开模式(Normally Open)组件改变为增强型(enhance mode)的常闭模式(Normally Off)，其与Si MOSFET的驱动方式类似，以方便设计者使用。
• 该结构无闸极氧化物可提供高闸极可靠性。

由于上述这类型的氮化镓芯片结构在闸极端附近的设计相对复杂，通常会使用不同型式的场板(Field Plate，简称FP)设计，用来降低峰值电场和界面陷阱(Interface trap)，并利用在最上层设计的线路重布层（Redistribution Layer，简称RDL），使芯片拥有最佳的电气特性。一如一般故障分析手法，在进行破坏性分析前，需要先透过特性电流曲线的量测，了解该芯片的电性异常模式，如：汲极饱和电流（Drain-source Saturation Current，简称IDSS）、闸极漏电流（Gate-Source Leakage Current，简称IGSS）或功能测试确认电性异常条件后，再针对该电性异常进一步进行亮点(Hot Spot)故障分析，以锁定目标。

然而，由试片正面进行亮点故障分析时，往往容易因为场板及常见的RDL的特殊结构造成亮点容易被遮蔽，也导致难以发现位于场板或门极下方的缺陷。因此，宜特故障分析实验室会建议客户进行背面热点定位，为使观测分辨率更加提升，首先会移除GaN磊晶材质下方的基板，再直接利用光学显微镜(Optical Microscope, 简称OM)进行观测，其分辨率比红外线光学显微镜(Infrared Ray Optical Microscope，简称IROM)穿透基板观测提升许多，异常亮点通常在此时都会现出蛛丝马迹，之后再搭配背向DB-FIB或TEM切片分析，即可让缺陷点无所遁形，客户也因此可以有明确的改善预防措施。

接接着，我们将不藏私地分享宜特故障分析实验室如何运用独家手法找出GaN芯片的故障点。主要四项步骤如下：

(一) 先透过电性量测分析，从正面定位出故障点。
(二) 再运用宜特独家手法移除磊晶材质下的基板，并从芯片背面更精确定位出故障点。
(三) 大幅收敛异常区域后，即可用光学显微镜(OM)直接观察异常点(Defect)。
(四) 最后可再接续背向DB-FIB或TEM来对异常点(Defect)做切片分析，进一步厘清实际失效原因。

补充说明：除了以上四步骤所述的宜特独家背向分析之外，亦可视需求采用Nano-Prober在芯片正面取得精准定位，再用DB-FIB或TEM切片分析。另外，因各家晶圆厂使用的基板材质有所不同，所以步骤(一)和(二)的顺序，可依实际试片状况与客户需求进行前后交换。流程图如图三。

步骤一：电性量测分析及故障点定位

当氮化镓芯片产生电性故障如短路(Short)、漏电(Leakage)、高阻值(High Resistance)或是功能失效(Function Failure)时，可依据不同的电性失效模式，经由直流通电或上测试板通电，并透过适合的亮点(Hot Spot)故障分析工具进行定位，包括激光束电阻异常侦测(Optical Beam Induced Resistance Change，简称OBIRCH)、热辐射异常侦测显微镜(Thermal EMMI)、砷化镓铟微光显微镜(InGaAs)，请见表一。藉由故障点定位设备找出可能的异常热点(Hot Spot)位置，以利后续的物性故障分析(Physical Failure Analysis，简称PFA)。(延伸阅读：CIS芯片遇到异常 求助无门 怎么办)

步骤三：针对热点区域用光学显微镜直接观测异常点

在芯片上有了准确的定位后，便可大幅缩小须检视的区域。接着用高分辨率光学显微镜检查，此时往往就能发现故障点的蛛丝马迹，如图七所示，可以成功进行定位。

步骤四：背向DB-FIB或TEM切片分析，顺利找到异常点

不论是在光学显微镜下发现疑似异常点，或是已经有准确的热点定位，接下来都可以进行背向双束聚焦离子束(Dual-beam FIB，简称DB-FIB)与穿透式电子显微镜(Transmission Electron Microscopy，简称TEM)切片分析，来对异常点进行结构确认，以进一步厘清失效原因(图八)。

补充说明：在步骤一之后，亦可使用Nano-Prober在正面取得精准定位，并用DB-FIB或TEM切片分析

除了宜特独家的背向亮点定位之外，在某些特殊情况下，无法透过上述电性机台定出异常点位置时，也可使用奈米探针电性量测(Nano-Prober)在样品的正面进行异常点定位分析，包括电子束感应电流（Electron Beam Induced Current，简称 EBIC）、电子束吸收电流（Electron Beam Absorbed Current，简称 EBAC）、与电子束感应阻抗侦测（Electron Beam Induced Resistance Change，简称 EBIRCH）等定位法(图九) (延伸阅读: 名针探精准定位 让奈米电性量测找出缺陷)。而Nano-Prober亦可针对晶体管进行电性量测，以获取如Vt、IdVg、IdVd等基本参数。

当透过上述分析手法精准找到异常点后，亦可再透过DB-FIB或是TEM来对异常点进行结构确认。