Generellt sett är det svårt att undvika en liten mängd fel vid utveckling, produktion och användning av halvledarkomponenter. Med den kontinuerliga förbättringen av produktkvalitetskraven blir felanalys allt viktigare. Genom att analysera specifika felchips kan det hjälpa kretskonstruktörer att hitta defekter i komponentdesignen, felmatchning av processparametrar, orimlig design av periferikretsar eller felaktig drift orsakade av problemet. Behovet av felanalys av halvledarkomponenter manifesteras huvudsakligen i följande aspekter:
(1) Felanalys är ett nödvändigt sätt att fastställa felmekanismen hos enhetens chip;
(2) Felanalys ger nödvändig grund och information för effektiv feldiagnos;
(3) Felanalys ger nödvändig feedbackinformation för konstruktörer för att kontinuerligt förbättra eller reparera chipdesignen och göra den mer rimlig i enlighet med designspecifikationen;
(4) Felanalys kan ge nödvändigt komplement till produktionstester och ge nödvändig informationsbas för optimering av verifieringstestprocessen.
För felanalys av halvledardioder, ljudelektroder eller integrerade kretsar bör elektriska parametrar testas först, och efter utseendesinspektion under optiskt mikroskop bör förpackningen avlägsnas. Medan chipets funktionella integritet bibehålls bör de interna och externa ledningarna, bindningspunkterna och chipets yta bevaras så långt det är möjligt för att förbereda sig för nästa analyssteg.
Använd svepelektronmikroskopi och energispektrum för att utföra denna analys: inklusive observation av mikroskopisk morfologi, sökning av felpunkter, observation och lokalisering av defektpunkter, noggrann mätning av enhetens mikroskopiska geometri, storlek och potentialfördelning av grov yta samt logisk bedömning av den digitala grindkretsen (med spänningskontrastbildmetod); använd energispektrometer eller spektrometer för att utföra denna analys: analys av mikroskopisk elementkomposition, materialstruktur eller föroreningsanalys.
01. Ytdefekter och brännskador på halvledarkomponenter
Ytdefekter och utbränning av halvledarkomponenter är båda vanliga fellägen, som visas i figur 1, vilket är defekten i det renade lagret av en integrerad krets.
Figur 2 visar ytdefekten hos det metalliserade lagret i den integrerade kretsen.
Figur 3 visar genombrottskanalen mellan de två metallremsorna i den integrerade kretsen.
Figur 4 visar metallremsans kollaps och sneddeformation på luftbryggan i mikrovågsanordningen.
Figur 5 visar rutnätets utbränning av mikrovågsröret.
Figur 6 visar den mekaniska skadan på den integrerade elektriskt metalliserade tråden.
Figur 7 visar öppningen och defekten i mesadiodchipet.
Figur 8 visar skyddsdiodens uppdelning vid ingången till den integrerade kretsen.
Figur 9 visar att ytan på det integrerade kretschipet är skadad av mekanisk påverkan.
Figur 10 visar den partiella utbränningen av det integrerade kretschipet.
Figur 11 visar att diodchipet hade gått sönder och blivit allvarligt bränt, och genombrottspunkterna övergick i smälttillstånd.
Figur 12 visar chipet av galliumnitrid-mikrovågseffektröret bränt, och den brända punkten uppvisar ett smält sputteringstillstånd.
02. Elektrostatisk genombrott
Halvledarkomponenter från tillverkning, förpackning, transport till kretskortet för insättning, svetsning, maskinmontering och andra processer är utsatta för statisk elektricitet. I denna process skadas transporten på grund av frekventa rörelser och lätt exponering för statisk elektricitet som genereras av omvärlden. Därför bör särskild uppmärksamhet ägnas åt elektrostatiskt skydd under överföring och transport för att minska förluster.
I halvledarkomponenter med unipolära MOS-rör och MOS-integrerade kretsar är de särskilt känsliga för statisk elektricitet, särskilt MOS-rör, på grund av att deras eget ingångsmotstånd är mycket högt och gate-source-elektrodens kapacitans är mycket liten. Därför är det mycket lätt att påverkas av externa elektromagnetiska fält eller elektrostatisk induktion och laddas. På grund av den elektrostatiska genereringen är det svårt att urladda laddningen i tid. Därför är det lätt att orsaka ackumulering av statisk elektricitet som leder till omedelbart genombrott i enheten. Formen av elektrostatiskt genombrott är huvudsakligen elektriskt genialt genombrott, det vill säga att det tunna oxidskiktet i gallret bryts ner och bildar ett hål som kortsluter gapet mellan gallret och source eller mellan gallret och drain.
Och i förhållande till MOS-rör är den antistatiska genombrottsförmågan hos en integrerad MOS-krets något bättre, eftersom ingångsterminalen på den integrerade MOS-kretsen är utrustad med en skyddsdiod. När det finns en hög elektrostatisk spänning eller stötspänning kan de flesta skyddsdioderna kopplas till jord, men om spänningen är för hög eller den momentana förstärkningsströmmen är för stor, kommer ibland skyddsdioderna att sluta fungera, som visas i figur 8.
De flera bilder som visas i figur 13 visar den elektrostatiska genombrottstopografin för en integrerad MOS-krets. Genombrottspunkten är liten och djup, vilket uppvisar ett smält sputteringstillstånd.
Figur 14 visar hur ett elektrostatisk genombrott uppstår i magnethuvudet på en datorhårddisk.
Publiceringstid: 8 juli 2023
