Вообще говоря, трудно избежать небольших неудач при разработке, производстве и использовании полупроводниковых приборов. С постоянным улучшением требований к качеству продукции анализ отказов становится все более важным. Анализируя конкретные неисправности микросхем, он может помочь разработчикам схем обнаружить дефекты конструкции устройства, несоответствие параметров процесса, необоснованную конструкцию периферийной схемы или неправильную работу, вызванную проблемой. Необходимость анализа отказов полупроводниковых приборов проявляется главным образом в следующих аспектах:
(1) Анализ отказов является необходимым средством определения механизма отказа микросхемы устройства;
(2) Анализ отказов обеспечивает необходимую основу и информацию для эффективной диагностики неисправностей;
(3) Анализ отказов предоставляет инженерам-конструкторам необходимую информацию для обратной связи, чтобы постоянно улучшать или ремонтировать конструкцию микросхемы и делать ее более разумной в соответствии с проектной спецификацией;
(4) Анализ отказов может обеспечить необходимое дополнение к производственным испытаниям и предоставить необходимую информационную основу для оптимизации процесса проверочных испытаний.
Для анализа неисправностей полупроводниковых диодов, аудионов или интегральных схем сначала следует проверить электрические параметры, а после проверки внешнего вида под оптическим микроскопом снять упаковку. При сохранении целостности функционирования чипа внутренние и внешние выводы, точки соединения и поверхность чипа должны располагаться как можно дальше, чтобы подготовиться к следующему этапу анализа.
Использование сканирующей электронной микроскопии и энергетического спектра для проведения этого анализа: включая наблюдение микроскопической морфологии, поиск точки отказа, наблюдение и местоположение точки дефекта, точное измерение размера микроскопической геометрии устройства и распределения потенциала на шероховатой поверхности, а также логическое суждение о цифровых воротах. схема (методом контрастного изображения напряжения); Используйте энергетический спектрометр или спектрометр для проведения этого анализа: анализ микроскопического элементного состава, структуру материала или анализ загрязняющих веществ.
01. Поверхностные дефекты и пригары полупроводниковых приборов
Поверхностные дефекты и выгорание полупроводниковых приборов являются распространенными видами отказа, как показано на рисунке 1, что представляет собой дефект очищенного слоя интегральной схемы.
На рис. 2 показан поверхностный дефект металлизированного слоя интегральной схемы.
На рис. 3 показан канал пробоя между двумя металлическими полосками интегральной схемы.
На рис. 4 показано разрушение и перекос металлической полосы на воздушном мостике в СВЧ-устройстве.
На рис. 5 показано выгорание сетки СВЧ лампы.
На рис. 6 показано механическое повреждение интегрированного электрического металлизированного провода.
На рис. 7 показано отверстие и дефект меза-диода.
На рисунке 8 показан пробой защитного диода на входе интегральной схемы.
На рисунке 9 видно, что поверхность микросхемы интегральной схемы повреждена в результате механического воздействия.
На рисунке 10 показано частичное выгорание микросхемы интегральной схемы.
На рисунке 11 видно, что чип диода был сломан и сильно сгорел, а точки пробоя перешли в состояние плавления.
На рисунке 12 показан сгоревший чип СВЧ-лампы на основе нитрида галлия, а точка сгорания представляет собой расплавленное распыленное состояние.
02. Электростатический пробой
Полупроводниковые устройства от производства, упаковки, транспортировки до монтажа на печатной плате, сварки, сборки машин и других процессов находятся под угрозой статического электричества. В этом процессе транспорт повреждается из-за частого движения и легкого воздействия статического электричества, создаваемого внешним миром. Поэтому особое внимание следует уделять электростатической защите при передаче и транспортировке для снижения потерь.
В полупроводниковых устройствах с униполярной МОП-трубкой и МОП-интегральной схемой особенно чувствительна к статическому электричеству, особенно МОП-трубка, поскольку ее собственное входное сопротивление очень велико, а емкость электрода затвор-исток очень мала, поэтому ее очень легко под воздействием внешнего электромагнитного поля или электростатической индукции и заряжены, а из-за генерации электростатического заряда трудно вовремя разрядить заряд. Поэтому накопление статического электричества легко вызвать мгновенный выход устройства из строя. Формой электростатического пробоя является в основном электрический пробой, то есть тонкий оксидный слой сетки разрушается, образуя точечное отверстие, которое закорачивает зазор между сеткой и истоком или между сеткой и стоком.
А по сравнению с МОП-трубкой, антистатическая пробивная способность интегральной схемы МОП относительно немного лучше, поскольку входная клемма интегральной схемы МОП оснащена защитным диодом. При возникновении большого электростатического напряжения или скачка напряжения большинство защитных диодов можно заземлить, но если напряжение слишком велико или мгновенный ток усиления слишком велик, иногда защитные диоды срабатывают сами, как показано на рисунке. 8.
Несколько изображений, показанных на рисунке 13, представляют собой топографию электростатического пробоя интегральной схемы МОП. Точка пробоя небольшая и глубокая, представляет собой расплавленное распыляемое состояние.
На рисунке 14 показан внешний вид электростатического пробоя магнитной головки жесткого диска компьютера.
Время публикации: 08 июля 2023 г.
