Γενικά, είναι δύσκολο να αποφευχθεί μια μικρή ποσότητα αστοχίας στην ανάπτυξη, την παραγωγή και τη χρήση ημιαγωγικών συσκευών. Με τη συνεχή βελτίωση των απαιτήσεων ποιότητας των προϊόντων, η ανάλυση αστοχίας αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη σημασία. Αναλύοντας συγκεκριμένα τσιπ αστοχίας, μπορεί να βοηθήσει τους σχεδιαστές κυκλωμάτων να εντοπίσουν τα ελαττώματα στο σχεδιασμό της συσκευής, την αναντιστοιχία των παραμέτρων της διεργασίας, τον παράλογο σχεδιασμό του περιφερειακού κυκλώματος ή την κακή λειτουργία που προκαλείται από το πρόβλημα. Η αναγκαιότητα της ανάλυσης αστοχίας των ημιαγωγικών συσκευών εκδηλώνεται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές:
(1) Η ανάλυση αστοχίας είναι ένα απαραίτητο μέσο για τον προσδιορισμό του μηχανισμού αστοχίας του τσιπ της συσκευής.
(2) Η ανάλυση αστοχιών παρέχει την απαραίτητη βάση και πληροφορίες για την αποτελεσματική διάγνωση σφαλμάτων·
(3) Η ανάλυση αστοχίας παρέχει τις απαραίτητες πληροφορίες ανατροφοδότησης στους μηχανικούς σχεδιασμού για να βελτιώνουν ή να επιδιορθώνουν συνεχώς τον σχεδιασμό του τσιπ και να τον καθιστούν πιο λογικό σύμφωνα με τις προδιαγραφές σχεδιασμού.
(4) Η ανάλυση αστοχίας μπορεί να παρέχει το απαραίτητο συμπλήρωμα για τη δοκιμή παραγωγής και να παρέχει την απαραίτητη βάση πληροφοριών για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας δοκιμής επαλήθευσης.
Για την ανάλυση αστοχίας ημιαγωγικών διόδων, ακουστικών ή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, θα πρέπει πρώτα να ελέγχονται οι ηλεκτρικές παράμετροι και, μετά την επιθεώρηση της εμφάνισης στο οπτικό μικροσκόπιο, θα πρέπει να αφαιρείται η συσκευασία. Διατηρώντας παράλληλα την ακεραιότητα της λειτουργίας του τσιπ, οι εσωτερικοί και εξωτερικοί αγωγοί, τα σημεία σύνδεσης και η επιφάνεια του τσιπ θα πρέπει να διατηρούνται όσο το δυνατόν πιο μακριά, ώστε να προετοιμάζονται για το επόμενο βήμα της ανάλυσης.
Χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης και ενεργειακού φάσματος για την πραγματοποίηση αυτής της ανάλυσης: συμπεριλαμβανομένης της παρατήρησης της μικροσκοπικής μορφολογίας, της αναζήτησης σημείου βλάβης, της παρατήρησης και της θέσης του σημείου ελαττώματος, της ακριβούς μέτρησης του μικροσκοπικού μεγέθους της γεωμετρίας της συσκευής και της κατανομής δυναμικού της τραχιάς επιφάνειας και της λογικής κρίσης του κυκλώματος ψηφιακής πύλης (με μέθοδο εικόνας αντίθεσης τάσης). Χρήση φασματόμετρου ενέργειας ή φασματόμετρου για την πραγματοποίηση αυτής της ανάλυσης: μικροσκοπική ανάλυση σύνθεσης στοιχείων, ανάλυση δομής υλικού ή ανάλυση ρύπων.
01. Επιφανειακά ελαττώματα και εγκαύματα ημιαγωγικών διατάξεων
Τα επιφανειακά ελαττώματα και η καύση των ημιαγωγικών συσκευών είναι και οι δύο συνήθεις τρόποι αστοχίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, το οποίο είναι το ελάττωμα του καθαρισμένου στρώματος του ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Το Σχήμα 2 δείχνει το επιφανειακό ελάττωμα του μεταλλοποιημένου στρώματος του ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Το Σχήμα 3 δείχνει το κανάλι διάσπασης μεταξύ των δύο μεταλλικών λωρίδων του ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Το Σχήμα 4 δείχνει την κατάρρευση της μεταλλικής ταινίας και την ασύμμετρη παραμόρφωση στη γέφυρα αέρα στη συσκευή μικροκυμάτων.
Το Σχήμα 5 δείχνει την καύση του πλέγματος του σωλήνα μικροκυμάτων.
Το Σχήμα 6 δείχνει τη μηχανική ζημιά στο ενσωματωμένο ηλεκτρικό μεταλλικό σύρμα.
Το Σχήμα 7 δείχνει το άνοιγμα και το ελάττωμα του τσιπ διόδου mesa.
Το Σχήμα 8 δείχνει την κατανομή της προστατευτικής διόδου στην είσοδο του ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Το Σχήμα 9 δείχνει ότι η επιφάνεια του ολοκληρωμένου κυκλώματος έχει υποστεί ζημιά από μηχανική κρούση.
Το Σχήμα 10 δείχνει τη μερική καύση του ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Το Σχήμα 11 δείχνει ότι το τσιπ διόδου υπέστη βλάβη και κάηκε σοβαρά, και τα σημεία διάσπασης περιήλθαν σε κατάσταση τήξης.
Το Σχήμα 12 δείχνει το καμένο τσιπ σωλήνα μικροκυμάτων νιτριδίου του γαλλίου και το σημείο καύσης παρουσιάζει μια κατάσταση ψεκασμού με τήξη.
02. Ηλεκτροστατική βλάβη
Οι ημιαγωγικές συσκευές, από την κατασκευή, τη συσκευασία, τη μεταφορά έως την τοποθέτησή τους στην πλακέτα κυκλώματος για εισαγωγή, συγκόλληση, μηχανική συναρμολόγηση και άλλες διαδικασίες, απειλούνται από στατικό ηλεκτρισμό. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η μεταφορά υφίσταται ζημιές λόγω της συχνής μετακίνησης και της εύκολης έκθεσης στον στατικό ηλεκτρισμό που παράγεται από τον εξωτερικό κόσμο. Συνεπώς, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην ηλεκτροστατική προστασία κατά τη μεταφορά και τη μεταφορά, για τη μείωση των απωλειών.
Σε συσκευές ημιαγωγών με μονοπολικό σωλήνα MOS και ολοκληρωμένο κύκλωμα MOS, είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στον στατικό ηλεκτρισμό, ειδικά στον σωλήνα MOS, επειδή η δική του αντίσταση εισόδου είναι πολύ υψηλή και η χωρητικότητα του ηλεκτροδίου πύλης-πηγής είναι πολύ μικρή, επομένως είναι πολύ εύκολο να επηρεαστεί από εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ή ηλεκτροστατική επαγωγή και να φορτιστεί, και λόγω της ηλεκτροστατικής παραγωγής, είναι δύσκολο να αποφορτιστεί το φορτίο εγκαίρως. Επομένως, είναι εύκολο να προκληθεί συσσώρευση στατικού ηλεκτρισμού με άμεση βλάβη της συσκευής. Η μορφή ηλεκτροστατικής βλάβης είναι κυρίως ηλεκτρική έξυπνη βλάβη, δηλαδή, το λεπτό στρώμα οξειδίου του πλέγματος διασπάται, σχηματίζοντας μια οπή καρφίτσας, η οποία βραχυκυκλώνει το κενό μεταξύ του πλέγματος και της πηγής ή μεταξύ του πλέγματος και της αποστράγγισης.
Και σε σχέση με το ολοκληρωμένο κύκλωμα MOS με σωλήνα MOS, η αντιστατική ικανότητα διάσπασης είναι σχετικά ελαφρώς καλύτερη, επειδή ο ακροδέκτης εισόδου του ολοκληρωμένου κυκλώματος MOS είναι εξοπλισμένος με προστατευτική δίοδο. Μόλις υπάρξει μεγάλη ηλεκτροστατική τάση ή τάση υπερτάσης στις περισσότερες προστατευτικές δίοδοι, μπορείτε να τις ενεργοποιήσετε στη γείωση, αλλά εάν η τάση είναι πολύ υψηλή ή το στιγμιαίο ρεύμα ενίσχυσης είναι πολύ μεγάλο, μερικές φορές οι προστατευτικές δίοδοι θα καταστραφούν, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8.
Οι διάφορες εικόνες που φαίνονται στο σχήμα 13 είναι η τοπογραφία ηλεκτροστατικής διάσπασης του ολοκληρωμένου κυκλώματος MOS. Το σημείο διάσπασης είναι μικρό και βαθύ, παρουσιάζοντας μια κατάσταση τηγμένου ψεκασμού.
Το Σχήμα 14 δείχνει την εμφάνιση ηλεκτροστατικής βλάβης της μαγνητικής κεφαλής ενός σκληρού δίσκου υπολογιστή.
Ώρα δημοσίευσης: 08 Ιουλίου 2023
