În general, este dificil să se evite o cantitate mică de defecțiuni în dezvoltarea, producția și utilizarea dispozitivelor semiconductoare. Odată cu îmbunătățirea continuă a cerințelor de calitate a produselor, analiza defecțiunilor devine din ce în ce mai importantă. Prin analizarea unor circuite cu defecțiuni specifice, aceasta poate ajuta proiectanții de circuite să identifice defectele de proiectare ale dispozitivelor, nepotrivirea parametrilor de proces, proiectarea nerezonabilă a circuitelor periferice sau funcționarea defectuoasă cauzată de problemă. Necesitatea analizei defecțiunilor dispozitivelor semiconductoare se manifestă în principal în următoarele aspecte:
(1) Analiza defecțiunilor este un mijloc necesar pentru a determina mecanismul de defecțiune al cipului dispozitivului;
(2) Analiza defecțiunilor oferă baza și informațiile necesare pentru o diagnosticare eficientă a defecțiunilor;
(3) Analiza defecțiunilor oferă informațiile de feedback necesare inginerilor de proiectare pentru a îmbunătăți sau repara continuu designul cipului și a-l face mai rezonabil în conformitate cu specificațiile de proiectare;
(4) Analiza defecțiunilor poate oferi suplimentul necesar pentru testele de producție și poate furniza baza informațională necesară pentru optimizarea procesului de testare de verificare.
Pentru analiza defecțiunilor diodelor semiconductoare, audionilor sau circuitelor integrate, parametrii electrici trebuie testați mai întâi, iar după inspecția aspectului la microscopul optic, ambalajul trebuie îndepărtat. Menținând integritatea funcțională a cipului, conductorii interni și externi, punctele de legătură și suprafața cipului trebuie păstrate cât mai mult posibil, astfel încât să se pregătească pentru următoarea etapă de analiză.
Utilizarea microscopiei electronice cu scanare și a spectrului de energie pentru a realiza această analiză: inclusiv observarea morfologiei microscopice, căutarea punctelor de defecțiune, observarea și localizarea punctelor de defecte, măsurarea precisă a dimensiunii geometriei microscopice a dispozitivului și a distribuției potențialului suprafeței rugoase și judecarea logică a circuitului digital al porții (cu metoda imaginii cu contrast de tensiune); Utilizarea spectrometrului de energie sau a spectrometrului pentru a realiza această analiză include: analiza microscopică a compoziției elementelor, analiza structurii materialelor sau a poluanților.
01. Defecte de suprafață și arsuri ale dispozitivelor semiconductoare
Defectele de suprafață și arderea dispozitivelor semiconductoare sunt ambele moduri comune de defecțiune, așa cum se arată în Figura 1, care reprezintă defectul stratului purificat al circuitului integrat.
Figura 2 prezintă defectul de suprafață al stratului metalizat al circuitului integrat.
Figura 3 prezintă canalul de străpungere dintre cele două benzi metalice ale circuitului integrat.
Figura 4 prezintă prăbușirea benzii metalice și deformarea înclinată a punții de aer din dispozitivul cu microunde.
Figura 5 prezintă arderea grilei tubului cu microunde.
Figura 6 prezintă deteriorarea mecanică a firului metalizat electric integrat.
Figura 7 prezintă deschiderea și defectul cipului diodei mesa.
Figura 8 prezintă defalcarea diodei de protecție la intrarea circuitului integrat.
Figura 9 arată că suprafața cipului de circuit integrat este deteriorată de impactul mecanic.
Figura 10 prezintă arderea parțială a cipului de circuit integrat.
Figura 11 arată că cipul diodei a fost defect și ars grav, iar punctele de defect au intrat în stare de topire.
Figura 12 prezintă cipul de tub de microunde cu nitrură de galiu ars, iar punctul de ars prezintă o stare de pulverizare catodică topită.
02. Defecțiune electrostatică
Dispozitivele semiconductoare, de la fabricație, ambalare, transport până la introducerea pe placa de circuit, sudare, asamblare a mașinilor și alte procese, sunt amenințate de electricitatea statică. În acest proces, transportul este afectat de deplasarea frecventă și expunerea ușoară la electricitatea statică generată de mediul exterior. Prin urmare, o atenție deosebită trebuie acordată protecției electrostatice în timpul transmisiei și transportului pentru a reduce pierderile.
În dispozitivele semiconductoare cu tub MOS unipolar și circuite integrate MOS, acestea sunt deosebit de sensibile la electricitatea statică, în special tuburile MOS, deoarece rezistența proprie la intrare este foarte mare, iar capacitatea electrodului gate-source este foarte mică, astfel încât este foarte ușor să fie afectat de câmp electromagnetic extern sau inducție electrostatică și să se încarce. Din cauza generării electrostatice, este dificil să se descarce sarcina în timp. Prin urmare, este ușor să se acumuleze electricitate statică până la defectarea instantanee a dispozitivului. Forma de defectare electrostatică este în principal defectarea electrică ingenioasă, adică stratul subțire de oxid al grilei este defectat, formând un orificiu de ac, care scurtcircuitează spațiul dintre grilă și sursă sau dintre grilă și dren.
Și, în comparație cu tubul MOS, capacitatea de rupere antistatică a circuitelor integrate MOS este relativ puțin mai bună, deoarece terminalul de intrare al circuitului integrat MOS este echipat cu o diodă de protecție. Odată cu apariția unei tensiuni electrostatice sau a unei supratensiuni mari, majoritatea diodelor de protecție pot fi comutate la masă, dar dacă tensiunea este prea mare sau curentul de amplificare instantaneu este prea mare, uneori diodele de protecție se vor defecta singure, așa cum se arată în Figura 8.
Cele câteva imagini prezentate în figura 13 prezintă topografia de rupere electrostatică a circuitului integrat MOS. Punctul de rupere este mic și adânc, prezentând o stare de pulverizare catodică topită.
Figura 14 prezintă aspectul unei defecțiuni electrostatice a capului magnetic al unui hard disk de computer.
Data publicării: 08 iulie 2023
