Загалом кажучи, важко уникнути невеликої кількості відмов у розробці, виробництві та використанні напівпровідникових приладів. З постійним удосконаленням вимог до якості продукції, аналіз відмов стає все більш важливим. Аналізуючи конкретні несправності мікросхем, можна допомогти розробникам схем виявити дефекти конструкції пристрою, невідповідність параметрів процесу, нераціональний дизайн периферійних кіл або неправильну роботу, спричинені проблемою. Необхідність аналізу відмов напівпровідникових приладів головним чином проявляється в таких аспектах:
(1) Аналіз відмов є необхідним засобом для визначення механізму відмови мікросхеми пристрою;
(2) Аналіз відмов забезпечує необхідну основу та інформацію для ефективної діагностики несправностей;
(3) Аналіз відмов надає необхідну інформацію зворотного зв'язку інженерам-конструкторам для постійного вдосконалення або ремонту конструкції мікросхеми та її більш обґрунтованої відповідності до проектних специфікацій;
(4) Аналіз відмов може забезпечити необхідне доповнення для виробничих випробувань та надати необхідну інформаційну основу для оптимізації процесу перевірочних випробувань.
Для аналізу несправностей напівпровідникових діодів, аудіодонів або інтегральних схем спочатку слід перевірити електричні параметри, а після огляду зовнішнього вигляду під оптичним мікроскопом слід видалити упаковку. Зберігаючи цілісність функціональності мікросхеми, внутрішні та зовнішні виводи, точки з'єднання та поверхню мікросхеми слід максимально зберегти, щоб підготувати її до наступного етапу аналізу.
Використання скануючої електронної мікроскопії та енергетичного спектру для проведення цього аналізу: включаючи спостереження мікроскопічної морфології, пошук точок відмови, спостереження та розташування точок дефектів, точне вимірювання розміру мікроскопічної геометрії пристрою та розподілу потенціалу шорсткої поверхні, а також логічне оцінювання схеми цифрового затвора (за допомогою методу контрастного зображення напруги); використання енергетичного спектрометра для проведення цього аналізу включає: аналіз мікроскопічного елементного складу, структури матеріалу або аналіз забруднюючих речовин.
01. Поверхневі дефекти та опіки напівпровідникових приладів
Поверхневі дефекти та вигорання напівпровідникових приладів є поширеними режимами відмови, як показано на рисунку 1, що є дефектом очищеного шару інтегральної схеми.
На рисунку 2 показано поверхневий дефект металізованого шару інтегральної схеми.
На рисунку 3 показано канал пробою між двома металевими смужками інтегральної схеми.
На рисунку 4 показано руйнування металевої смуги та перекісну деформацію на повітряному містку в мікрохвильовому пристрої.
На рисунку 5 показано перегорання сітки мікрохвильової трубки.
На рисунку 6 показано механічне пошкодження інтегрованого електричного металізованого дроту.
На рисунку 7 показано розкриття та дефект кристала меза-діода.
На рисунку 8 показано пробій захисного діода на вході інтегральної схеми.
На рисунку 9 видно, що поверхня інтегральної схеми пошкоджена внаслідок механічного впливу.
На рисунку 10 показано часткове вигорання кристала інтегральної схеми.
На рисунку 11 показано, що діодний чіп був пробитий та сильно згорів, а точки пробою перейшли у стан плавлення.
На рисунку 12 показано згорілий чіп мікрохвильової лампи з нітриду галію, а точка згоряння має стан розплавленого розпилення.
02. Електростатичний пробій
Напівпровідникові прилади, починаючи від виробництва, упаковки, транспортування і закінчуючи встановленням на друковану плату, зварюванням, складанням машин та іншими процесами, знаходяться під загрозою статичної електрики. У цьому процесі транспортування пошкоджено через часте переміщення та легкий вплив статичної електрики, що генерується зовнішнім світом. Тому особливу увагу слід приділяти електростатичному захисту під час передачі та транспортування, щоб зменшити втрати.
У напівпровідникових пристроях з уніполярними МОН-транзисторами та інтегральними МОН-схемами вони особливо чутливі до статичної електрики, особливо МОН-транзистори. Через їхній власний вхідний опір дуже високий, а ємність електрода затвор-витік дуже мала, вони дуже легко піддаються впливу зовнішнього електромагнітного поля або електростатичної індукції та заряджуються. Через електростатичну генерацію важко вчасно розрядити заряд. Тому накопичення статичної електрики може легко призвести до миттєвого пробою пристрою. Формою електростатичного пробою є переважно електричний генетичний пробій, тобто тонкий оксидний шар сітки руйнується, утворюючи точковий отвір, який закорачує проміжок між сіткою та витоком або між сіткою та стоком.
А порівняно з МОП-лампою, антистатична пробійна здатність МОП-інтегральної схеми дещо краща, оскільки вхідний термінал МОП-інтегральної схеми оснащений захисним діодом. При виникненні великої електростатичної напруги або перенапруги більшість захисних діодів можуть бути заземлені, але якщо напруга занадто висока або миттєвий струм підсилення занадто великий, іноді захисні діоди самі спрацьовують, як показано на рисунку 8.
Кілька зображень, показаних на рисунку 13, показують топографію електростатичного пробою інтегральної МОН-схеми. Точка пробою мала та глибока, що являє собою розплавлений стан розпилення.
На рисунку 14 показано зовнішній вигляд електростатичного пробою магнітної головки жорсткого диска комп'ютера.
Час публікації: 08 липня 2023 р.
