Na splošno se je pri razvoju, proizvodnji in uporabi polprevodniških naprav težko izogniti manjšim napakam. Z nenehnim izboljševanjem zahtev glede kakovosti izdelkov postaja analiza napak vse bolj pomembna. Z analizo specifičnih napak čipov lahko pomaga oblikovalcem vezij odkriti napake v zasnovi naprav, neskladje procesnih parametrov, nerazumno zasnovo perifernih vezij ali nepravilno delovanje, ki ga povzroča težava. Potreba po analizi napak polprevodniških naprav se kaže predvsem v naslednjih vidikih:
(1) Analiza napak je nujno sredstvo za določitev mehanizma napake čipa naprave;
(2) Analiza napak zagotavlja potrebno podlago in informacije za učinkovito diagnozo napak;
(3) Analiza napak zagotavlja potrebne povratne informacije, ki jih lahko inženirji načrtovanja nenehno izboljšujejo ali popravljajo zasnovo čipa in jo naredijo bolj smiselno v skladu s specifikacijo načrtovanja;
(4) Analiza napak lahko zagotovi potrebno dopolnitev za proizvodni preizkus in potrebno informacijsko osnovo za optimizacijo postopka verifikacijskega preizkusa.
Za analizo odpovedi polprevodniških diod, audionov ali integriranih vezij je treba najprej preizkusiti električne parametre, po pregledu videza pod optičnim mikroskopom pa je treba odstraniti embalažo. Ob ohranjanju celovitosti delovanja čipa je treba notranje in zunanje priključke, vezne točke in površino čipa čim bolj ohraniti, da se pripravi na naslednji korak analize.
Uporaba vrstične elektronske mikroskopije in energijskega spektra za to analizo: vključno z opazovanjem mikroskopske morfologije, iskanjem točk napak, opazovanjem in lokacijo točk napak, natančnim merjenjem velikosti mikroskopske geometrije naprave in porazdelitve potenciala hrapave površine ter logično presojo digitalnega vezja vrat (z metodo napetostno-kontrastne slike); Uporaba energijskega spektrometra za to analizo vključuje: analizo mikroskopske elementne sestave, strukturo materiala ali analizo onesnaževal.
01. Površinske napake in ožganine polprevodniških elementov
Površinske napake in izgorelost polprevodniških naprav sta pogosta načina odpovedi, kot je prikazano na sliki 1, ki je napaka prečiščene plasti integriranega vezja.
Slika 2 prikazuje površinsko napako metalizirane plasti integriranega vezja.
Slika 3 prikazuje prebojni kanal med dvema kovinskima trakovoma integriranega vezja.
Slika 4 prikazuje zrušitev kovinskega traku in poševno deformacijo na zračnem mostu v mikrovalovni napravi.
Slika 5 prikazuje izgorelost mreže mikrovalovne cevi.
Slika 6 prikazuje mehanske poškodbe integrirane električne metalizirane žice.
Slika 7 prikazuje odprtino in napako čipa mesa diode.
Slika 8 prikazuje preboj zaščitne diode na vhodu integriranega vezja.
Slika 9 prikazuje, da je površina integriranega vezja poškodovana zaradi mehanskega udarca.
Slika 10 prikazuje delno izgorelost integriranega vezja.
Slika 11 prikazuje, da je bil diodni čip pokvarjen in močno zgorel, prelomne točke pa so prešle v talilna stanja.
Slika 12 prikazuje zgoreli čip mikrovalovne cevi iz galijevega nitrida, zgorela točka pa predstavlja staljeno stanje razprševanja.
02. Elektrostatična razgradnja
Polprevodniške naprave so od proizvodnje, pakiranja, transporta do vstavljanja na tiskano vezje, varjenja, sestavljanja strojev in drugih postopkov izpostavljene statični elektriki. Med tem postopkom se transport poškoduje zaradi pogostega premikanja in enostavne izpostavljenosti statični elektriki, ki jo ustvarja zunanji svet. Zato je treba posebno pozornost nameniti elektrostatični zaščiti med prenosom in transportom, da se zmanjšajo izgube.
Polprevodniške naprave z unipolarno MOS cevjo in integriranim MOS vezjem so še posebej občutljive na statično elektriko, zlasti MOS cev. Zaradi lastne vhodne upornosti je zelo visoka, kapacitivnost elektrode vrata-izvor pa je zelo majhna, zato jo je zelo enostavno napolniti z zunanjim elektromagnetnim poljem ali elektrostatično indukcijo. Zaradi elektrostatičnega nastajanja je težko pravočasno razelektriti naboj. Zaradi kopičenja statične elektrike je lahko naprava takojšnja razgradnja. Oblika elektrostatičnega preboja je predvsem električni preboj, pri katerem se tanka oksidna plast mreže razgradi in tvori luknjico, ki zapre režo med mrežo in izvorom ali med mrežo in odtokom.
In v primerjavi z MOS cevmi je antistatična prebojna sposobnost integriranega vezja MOS nekoliko boljša, ker je vhodni priključek integriranega vezja MOS opremljen z zaščitno diodo. Ko je v njem velika elektrostatična napetost ali prenapetost, se večina zaščitnih diod lahko preklopi na maso, če pa je napetost previsoka ali je trenutni ojačevalni tok prevelik, se zaščitne diode včasih same pregrejejo, kot je prikazano na sliki 8.
Več slik, prikazanih na sliki 13, prikazuje topografijo elektrostatičnega preboja integriranega vezja MOS. Točka preboja je majhna in globoka, kar predstavlja stanje staljenega razprševanja.
Slika 14 prikazuje videz elektrostatičnega preboja magnetne glave trdega diska računalnika.
Čas objave: 8. julij 2023
