Σε γενικές γραμμές, είναι δύσκολο να αποφευχθεί μια μικρή αποτυχία στην ανάπτυξη, παραγωγή και χρήση συσκευών ημιαγωγών. Με τη συνεχή βελτίωση των απαιτήσεων ποιότητας των προϊόντων, η ανάλυση αστοχίας γίνεται όλο και πιο σημαντική. Αναλύοντας συγκεκριμένα τσιπ αστοχίας, μπορεί να βοηθήσει τους σχεδιαστές κυκλωμάτων να βρουν τα ελαττώματα του σχεδιασμού της συσκευής, την αναντιστοιχία των παραμέτρων διεργασίας, τον παράλογο σχεδιασμό του περιφερειακού κυκλώματος ή την κακή λειτουργία που προκαλείται από το πρόβλημα. Η αναγκαιότητα ανάλυσης αστοχίας συσκευών ημιαγωγών 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 αστοχίας παρέχει την απαραίτητη βάση και πληροφορίες για την αποτελεσματική διάγνωση βλαβών.
(3) Η ανάλυση αστοχίας παρέχει τις απαραίτητες πληροφορίες ανατροφοδότησης στους μηχανικούς σχεδιασμού ώστε να βελτιώνουν ή να επισκευάζουν συνεχώς τη σχεδίαση του τσιπ και να το κάνουν πιο λογικό σύμφωνα με τις προδιαγραφές σχεδιασμού.
(4) Η ανάλυση αποτυχίας 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 διόδων ημιαγωγών, ακουστικών ή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, θα πρέπει πρώτα να ελέγχονται οι ηλεκτρικές παράμετροι και μετά τον έλεγχο εμφάνισης στο οπτικό μικροσκόπιο, να αφαιρείται η συσκευασία. Διατηρώντας την ακεραιότητα της λειτουργίας του τσιπ, οι εσωτερικές και εξωτερικές απαγωγές, τα σημεία συγκόλλησης και η επιφάνεια του τσιπ θα πρέπει να διατηρούνται όσο το δυνατόν πιο μακριά, ώστε να προετοιμάζονται για το επόμενο βήμα της ανάλυσης.
Χρησιμοποιώντας το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης και το ενεργειακό φάσμα για να κάνετε αυτήν την ανάλυση: συμπεριλαμβανομένης της παρατήρησης της μικροσκοπικής μορφολογίας, της αναζήτησης σημείου αστοχίας, της παρατήρησης και της θέσης του σημείου ελαττώματος, της ακριβούς μέτρησης του μικροσκοπικού μεγέθους της γεωμετρίας της συσκευής και της κατανομής δυναμικού τραχιάς επιφάνειας και της λογικής κρίσης της ψηφιακής πύλης κύκλωμα (με μέθοδο εικόνας αντίθεσης τάσης). Χρησιμοποιήστε ενεργειακό φασματόμετρο ή φασματόμετρο για να κάνετε αυτή την ανάλυση: ανάλυση σύνθεσης μικροσκοπικών στοιχείων, δομή υλικού ή ανάλυση ρύπων.
01. Επιφανειακά ελαττώματα και εγκαύματα συσκευών ημιαγωγών
Τα επιφανειακά ελαττώματα και η εξάντληση συσκευών ημιαγωγών 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 επιμεταλλωμένου 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 λωρίδας και την λοξή παραμόρφωση στη γέφυρα αέρα στη συσκευή μικροκυμάτων.
Το σχήμα 5 δείχνει την εξάντληση του πλέγματος του σωλήνα μικροκυμάτων.
Το σχήμα 6 δείχνει τη μηχανική βλάβη στο ενσωματωμένο ηλεκτρικό επιμεταλλωμένο σύρμα.
Το Σχήμα 7 δείχνει το άνοιγμα και το ελάττωμα του τσιπ της μέσης διόδου.
Το σχήμα 8 δείχνει τη διάσπαση της προστατευτικής διόδου στην είσοδο του ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Το Σχήμα 9 δείχνει ότι η επιφάνεια του ολοκληρωμένου κυκλώματος έχει καταστραφεί από μηχανική κρούση.
Το Σχήμα 10 δείχνει τη μερική εξάντληση του τσιπ ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Το Σχήμα 11 δείχνει ότι το τσιπ της διόδου είχε σπάσει και κάηκε σοβαρά και τα σημεία διάσπασης μετατράπηκαν σε κατάσταση τήξης.
Το Σχήμα 12 δείχνει το τσιπ του σωλήνα ισχύος μικροκυμάτων νιτριδίου του γαλλίου που έχει καεί και το σημείο καμένου παρουσιάζει μια τετηγμένη κατάσταση εκτόξευσης.
02. Ηλεκτροστατική βλάβη
Οι συσκευές ημιαγωγών από την κατασκευή, τη συσκευασία, τη μεταφορά μέχρι την πλακέτα κυκλώματος για εισαγωγή, συγκόλληση, συναρμολόγηση μηχανών και άλλες διεργασίες βρίσκονται υπό την απειλή του στατικού ηλεκτρισμού. Σε αυτή τη διαδικασία, η μεταφορά καταστρέφεται λόγω της συχνής μετακίνησης και της εύκολης έκθεσης στον στατικό ηλεκτρισμό που παράγεται από τον έξω κόσμο. Ως εκ τούτου, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην ηλεκτροστατική προστασία κατά τη μετάδοση 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 ο σωλήνας MOS, λόγω της δικής του αντίστασης εισόδου είναι πολύ υψηλή και η χωρητικότητα ηλεκτροδίου πηγής πύλης είναι πολύ μικρή, επομένως είναι πολύ εύκολο να επηρεάζεται από εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ή ηλεκτροστατική επαγωγή και φορτίζεται, και λόγω της ηλεκτροστατικής παραγωγής, είναι δύσκολο να εκφορτιστεί εγκαίρως το φορτίο, Επομένως, είναι εύκολο να προκληθεί η συσσώρευση στατικού ηλεκτρισμού στη στιγμιαία βλάβη της συσκευής. Η μορφή της ηλεκτροστατικής βλάβης είναι κυρίως ηλεκτρική έξυπνη διάσπαση, δηλαδή, το λεπτό στρώμα οξειδίου του πλέγματος διασπάται, σχηματίζοντας μια τρύπα καρφίτσας, η οποία βραχυκυκλώνει το κενό μεταξύ του πλέγματος και της πηγής ή μεταξύ του πλέγματος και της αποχέτευσης.
Και σε σχέση με το ολοκληρωμένο κύκλωμα MOS η ικανότητα αντιστατικής βλάβης του ολοκληρωμένου κυκλώματος MOS είναι σχετικά ελαφρώς καλύτερη, επειδή ο ακροδέκτης εισόδου του ολοκληρωμένου κυκλώματος MOS είναι εξοπλισμένος με προστατευτική δίοδο. Όταν υπάρχει μεγάλη ηλεκτροστατική τάση ή η τάση υπέρτασης στις περισσότερες από τις προστατευτικές διόδους μπορεί να μεταφερθεί στη γείωση, αλλά εάν η τάση είναι πολύ υψηλή ή το στιγμιαίο ρεύμα ενίσχυσης είναι πολύ μεγάλο, μερικές φορές οι προστατευτικές δίοδοι θα είναι οι ίδιες, όπως φαίνεται στο σχήμα 8.
Οι διάφορες εικόνες που φαίνονται στο σχήμα 13 είναι η τοπογραφία ηλεκτροστατικής βλάβης του ολοκληρωμένου κυκλώματος MOS. Το σημείο διάσπασης είναι μικρό και βαθύ, παρουσιάζοντας μια λιωμένη κατάσταση εκτόξευσης.
Το σχήμα 14 δείχνει την εμφάνιση ηλεκτροστατικής διάσπασης της μαγνητικής κεφαλής ενός σκληρού δίσκου υπολογιστή.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουλ-08-2023
