Yleisesti ottaen puolijohdelaitteiden kehittämisessä, tuotannossa ja käytössä on vaikea välttää pieniä vikoja. Tuotelaatuvaatimusten jatkuvan parantamisen myötä vikaantumisanalyysistä on tulossa yhä tärkeämpää. Analysoimalla tiettyjä vikaantuneita siruja voidaan auttaa piirisuunnittelijoita löytämään laitesuunnittelun virheitä, prosessiparametrien epäsuhtaa, oheislaitteiden kohtuuttoman suunnittelun tai ongelman aiheuttamat virheelliset toiminnot. Puolijohdelaitteiden vikaantumisanalyysin tarve ilmenee pääasiassa seuraavissa näkökohdissa:
(1) Vika-analyysi on välttämätön keino määrittää laitteen sirun vikamekanismi;
(2) Vika-analyysi tarjoaa tarvittavan perustan ja tiedot tehokkaalle vianmääritykselle;
(3) Vika-analyysi tarjoaa suunnittelijoille tarvittavaa palautetietoa, jotta he voivat jatkuvasti parantaa tai korjata sirun suunnittelua ja tehdä siitä järkevämmän suunnitteluspesifikaation mukaisesti;
(4) Vika-analyysi voi tarjota tarvittavat lisätiedot tuotantotesteille ja tarjota tarvittavan tiedon pohjalta varmennustestausprosessin optimoinnille.
Puolijohdediodien, audionien tai integroitujen piirien vika-analyysiä varten sähköiset parametrit on ensin testattava, ja ulkonäön mikroskoopilla tarkastuksen jälkeen pakkaus on poistettava. Sirun toiminnan eheys on säilytettävä, mutta samalla on säilytettävä sisäiset ja ulkoiset johdot, liitoskohdat ja sirun pinta mahdollisimman hyvin, jotta analyysin seuraava vaihe voidaan valmistaa.
Käytä pyyhkäisyelektronimikroskopiaa ja energiaspektriä analyysiin: mukaan lukien mikroskooppisen morfologian havainnointi, vikakohtien etsintä, vikakohtien havainnointi ja sijainti, laitteen mikroskooppisen geometrian koon ja karkean pinnan potentiaalijakauman tarkka mittaus sekä digitaalisen porttipiirin looginen arviointi (jännitekontrastikuvausmenetelmällä); Käytä energiaspektrometriä tai spektrometriä analyysiin, joka sisältää: mikroskooppisen alkuainekoostumuksen analyysin, materiaalirakenteen tai epäpuhtauksien analyysin.
01. Puolijohdelaitteiden pintaviat ja palovammat
Puolijohdelaitteiden pintaviat ja palaminen ovat molemmat yleisiä vikaantumistapoja, kuten kuvassa 1 on esitetty, joka on integroidun piirin puhdistetun kerroksen vika.
Kuvio 2 esittää integroidun piirin metalloidun kerroksen pintavirheen.
Kuvio 3 esittää integroidun piirin kahden metalliliuskan välisen läpilyöntikanavan.
Kuvio 4 esittää metallinauhan romahtamisen ja vinon muodonmuutoksen mikroaaltolaitteen ilmasillalla.
Kuva 5 esittää mikroaaltoputken ruudukon palamisen.
Kuva 6 esittää integroidun sähköisen metalloidun johdon mekaanisia vaurioita.
Kuva 7 esittää mesadiodisirun avautumisen ja vian.
Kuvio 8 esittää suojadiodin hajoamisen integroidun piirin tulossa.
Kuvio 9 osoittaa, että integroidun piirin sirun pinta vaurioituu mekaanisen iskun seurauksena.
Kuvio 10 esittää integroidun piirin sirun osittaista loppuunpalamista.
Kuvassa 11 näkyy, että diodisiru oli hajonnut ja palanut pahasti, ja rikkoutumiskohdat sulaivat.
Kuvio 12 esittää galliumnitridillä valmistetuilla mikroaaltotehoputkisiruilla palaneena, ja palamispiste edustaa sulaa sputterointitilaa.
02. Sähköstaattinen purkautuminen
Puolijohdelaitteet ovat alttiina staattiselle sähkölle valmistuksesta, pakkaamisesta ja kuljetuksesta aina piirilevylle kiinnittämiseen, hitsaukseen, koneen kokoonpanoon ja muihin prosesseihin asti. Tässä prosessissa kuljetus vahingoittaa laitteita usein tapahtuvan siirron ja ulkomaailman tuottaman staattisen sähkön vuoksi. Siksi on kiinnitettävä erityistä huomiota staattisen sähkön suojaamiseen siirron ja kuljetuksen aikana häviöiden minimoimiseksi.
Yksinapaisissa MOS-putkissa ja MOS-integroiduissa piireissä puolijohdelaitteissa, erityisesti MOS-putkissa, esiintyy erityisen paljon staattista sähköä, koska niiden oma tulovastus on erittäin korkea ja portti-lähdeelektrodin kapasitanssi on hyvin pieni. Siksi ulkoinen sähkömagneettinen kenttä tai sähköstaattinen induktio voi helposti vaikuttaa niihin ja ne varautuvat. Sähköstaattisen sähkön syntymisen vuoksi varauksen purkaminen ajoissa on vaikeaa. Siksi staattisen sähkön kertyminen voi helposti johtaa laitteen välittömään hajoamiseen. Sähköstaattinen hajoaminen on pääasiassa sähköinen hajoaminen, eli verkon ohut oksidikerros hajoaa muodostaen neulanreiän, joka oikosulkee verkon ja lähteen tai verkon ja nielun välisen raon.
Ja MOS-putkimaiseen MOS-integroituun piiriin verrattuna antistaattinen läpilyöntikyky on hieman parempi, koska MOS-integroituun piiriin on asennettu suojadiodi. Kun syöttöliittimeen tulee suuri sähköstaattinen jännite tai ylijännite, useimmat suojadiodit voidaan kytkeä maahan, mutta jos jännite on liian korkea tai hetkellinen vahvistusvirta on liian suuri, suojadiodit voivat joskus rikkoutua itsestään, kuten kuvassa 8 on esitetty.
Kuvassa 13 esitetyt useat kuvat esittävät MOS-integroitujen piirien sähköstaattisen läpilyönnin topografiaa. Läpilyöntikohta on pieni ja syvä, ja se edustaa sulaa sputterointitilaa.
Kuvio 14 esittää tietokoneen kiintolevyn magneettipään sähköstaattisen hajoamisen ulkonäön.
Julkaisun aika: 08.07.2023
