Obecně řečeno, je obtížné vyhnout se malému množství poruch při vývoji, výrobě a používání polovodičových součástek. S neustálým zlepšováním požadavků na kvalitu výrobků se analýza poruch stává stále důležitější. Analýzou specifických poruch čipů může pomoci návrhářům obvodů najít vady v návrhu součástek, nesoulad procesních parametrů, nevhodný návrh periferních obvodů nebo nesprávnou funkci způsobenou problémem. Nutnost analýzy poruch polovodičových součástek se projevuje především v následujících aspektech:
(1) Analýza poruch je nezbytným prostředkem k určení mechanismu poruchy čipu zařízení;
(2) Analýza poruch poskytuje nezbytný základ a informace pro efektivní diagnostiku poruch;
(3) Analýza poruch poskytuje konstruktérům nezbytné informace zpětné vazby, aby mohli neustále vylepšovat nebo opravovat návrh čipu a upravovat ho tak, aby odpovídal specifikaci návrhu;
(4) Analýza poruch může poskytnout nezbytný doplněk pro výrobní zkoušky a poskytnout potřebný informační základ pro optimalizaci procesu ověřovacích zkoušek.
Pro analýzu poruch polovodičových diod, audionů nebo integrovaných obvodů by měly být nejprve otestovány elektrické parametry a po kontrole vzhledu pod optickým mikroskopem by měl být odstraněn obal. Při zachování integrity funkce čipu by měly být co nejvíce zachovány vnitřní a vnější vodiče, spojovací body a povrch čipu, aby se připravil na další krok analýzy.
Použití rastrovací elektronové mikroskopie a energetického spektra k provedení této analýzy: včetně pozorování mikroskopické morfologie, vyhledávání bodů selhání, pozorování a lokalizace bodů defektů, přesného měření mikroskopické geometrické velikosti zařízení a rozložení potenciálu drsného povrchu a logického posouzení digitálního hradlového obvodu (s metodou napěťového kontrastního obrazu); Použití energetického spektrometru k provedení této analýzy zahrnuje: mikroskopickou analýzu složení prvků, struktury materiálu nebo analýzu znečišťujících látek.
01. Povrchové vady a spáleniny polovodičových součástek
Povrchové vady a vyhoření polovodičových součástek jsou oba běžné režimy selhání, jak je znázorněno na obrázku 1, což je vada čištěné vrstvy integrovaného obvodu.
Obrázek 2 znázorňuje povrchovou vadu metalizované vrstvy integrovaného obvodu.
Obrázek 3 znázorňuje průrazný kanál mezi dvěma kovovými proužky integrovaného obvodu.
Obrázek 4 ukazuje zhroucení kovového pásku a šikmou deformaci na vzduchovém můstku v mikrovlnném zařízení.
Obrázek 5 ukazuje vyhoření mřížky mikrovlnné trubice.
Obrázek 6 ukazuje mechanické poškození integrovaného elektrického metalizovaného drátu.
Obrázek 7 ukazuje otevření a vadu čipu mesa diody.
Obrázek 8 znázorňuje průraz ochranné diody na vstupu integrovaného obvodu.
Obrázek 9 ukazuje, že povrch čipu integrovaného obvodu je poškozen mechanickým nárazem.
Obrázek 10 ukazuje částečné vyhoření čipu integrovaného obvodu.
Obrázek 11 ukazuje, že diodový čip byl rozbitý a silně spálený a body průrazu se změnily do stavu tavení.
Obrázek 12 ukazuje spálený čip mikrovlnné výkonové trubice z nitridu galia a bod spálení představuje roztavený naprašovací stav.
02. Elektrostatický průraz
Polovodičové součástky jsou od výroby, balení a přepravy až po osazení na desce plošných spojů, svařování, montáž strojů a další procesy vystaveny riziku statické elektřiny. Během tohoto procesu dochází k poškození při přepravě v důsledku častého pohybu a snadného vystavení statické elektřině generované vnějším prostředím. Proto je třeba věnovat zvláštní pozornost elektrostatické ochraně během přenosu a přepravy, aby se snížily ztráty.
U polovodičových součástek s unipolární MOS trubicí a integrovanými obvody MOS jsou obzvláště citlivé na statickou elektřinu, zejména MOS trubice. Vzhledem k jejich vlastnímu vstupnímu odporu je velmi vysoký a kapacita elektrody hradlo-zdroj je velmi malá, takže jsou velmi snadno ovlivněny vnějším elektromagnetickým polem nebo elektrostatickou indukcí a nabíjejí se. Kvůli generování elektrostatického náboje je obtížné včas vybít náboj. Proto je snadné akumulovat statickou elektřinu a způsobit okamžité zhroucení součástky. Forma elektrostatického průrazu je převážně elektrický průraz, tj. tenká oxidová vrstva mřížky je rozbita a vytvoří díru, která zkratuje mezeru mezi mřížkou a zdrojem nebo mezi mřížkou a odtokem.
A v porovnání s MOS trubicí je antistatická průrazná schopnost integrovaného obvodu MOS relativně o něco lepší, protože vstupní svorka integrovaného obvodu MOS je vybavena ochrannou diodou. Většina ochranných diod se při velkém elektrostatickém napětí nebo přepětí přepne na zem, ale pokud je napětí příliš vysoké nebo okamžitý zesilovací proud příliš velký, někdy se ochranné diody samy vypnou, jak je znázorněno na obrázku 8.
Několik obrázků na obrázku 13 znázorňuje topografii elektrostatického průrazu integrovaného obvodu MOS. Bod průrazu je malý a hluboký, což představuje stav roztaveného naprašování.
Obrázek 14 ukazuje vzhled elektrostatického průrazu magnetické hlavy pevného disku počítače.
Čas zveřejnění: 8. července 2023
