Най-общо казано, трудно е да се избегнат малки повреди при разработването, производството и употребата на полупроводникови устройства. С непрекъснатото подобряване на изискванията за качество на продуктите, анализът на повреди става все по-важен. Чрез анализ на специфични повреди на чипове, той може да помогне на разработчиците на схеми да открият дефекти в дизайна на устройството, несъответствия в параметрите на процеса, неправилен дизайн на периферните схеми или неправилно функциониране, причинено от проблема. Необходимостта от анализ на повреди на полупроводникови устройства се проявява главно в следните аспекти:
(1) Анализът на повреди е необходимо средство за определяне на механизма на повреда на чипа на устройството;
(2) Анализът на повреди осигурява необходимата основа и информация за ефективна диагностика на повреди;
(3) Анализът на повреди предоставя необходимата обратна връзка на инженерите-конструктори, за да могат непрекъснато да подобряват или поправят дизайна на чипа и да го направят по-разумен в съответствие със спецификацията на дизайна;
(4) Анализът на повреди може да осигури необходимото допълнение за производствените тестове и да осигури необходимата информационна основа за оптимизиране на процеса на верификационни тестове.
За анализ на повреди на полупроводникови диоди, аудио-иони или интегрални схеми, първо трябва да се тестват електрическите параметри и след проверка на външния вид под оптичен микроскоп, опаковката трябва да се отстрани. Запазвайки целостта на функционалността на чипа, вътрешните и външните изводи, точките на свързване и повърхността на чипа трябва да се запазят възможно най-добре, за да се подготви за следващата стъпка на анализ.
Използване на сканираща електронна микроскопия и енергиен спектър за извършване на този анализ: включително наблюдение на микроскопската морфология, търсене на точки на повреда, наблюдение и местоположение на точките на дефекти, точно измерване на размера на микроскопската геометрия на устройството и разпределението на потенциала на грапавата повърхност и логическа преценка на цифровата гейтова верига (с метод на изображение с контрастно напрежение); Използване на енергиен спектрометър за извършване на този анализ включва: анализ на микроскопския елементен състав, анализ на структурата на материала или анализ на замърсителите.
01. Повърхностни дефекти и изгаряния на полупроводникови устройства
Повърхностните дефекти и прегарянето на полупроводниковите устройства са често срещани режими на повреда, както е показано на Фигура 1, която представлява дефект на пречистения слой на интегралната схема.
Фигура 2 показва повърхностния дефект на метализирания слой на интегралната схема.
Фигура 3 показва канала за пробив между двете метални ленти на интегралната схема.
Фигура 4 показва срутването на металната лента и изкривяването на деформацията на въздушния мост в микровълновото устройство.
Фигура 5 показва прегарянето на решетката на микровълновата тръба.
Фигура 6 показва механичното увреждане на интегрирания електрически метализиран проводник.
Фигура 7 показва отварянето и дефекта на меза диодния чип.
Фигура 8 показва разрушаването на защитния диод на входа на интегралната схема.
Фигура 9 показва, че повърхността на чипа на интегралната схема е повредена от механично въздействие.
Фигура 10 показва частичното изгаряне на чипа на интегралната схема.
Фигура 11 показва, че диодният чип е бил повреден и силно изгорял, а точките на пробив са преминали в състояние на топене.
Фигура 12 показва изгорял чип от микровълнова тръба от галиев нитрид, като точката на изгоряла представлява разтопено състояние на разпрашване.
02. Електростатично разбиване
Полупроводниковите устройства, от производството, опаковането, транспортирането до поставянето им върху печатната платка, заваряването, сглобяването на машината и други процеси, са изложени на риск от статично електричество. При този процес транспортирането им се поврежда поради честото движение и лесното излагане на статично електричество, генерирано от външната среда. Поради това, трябва да се обърне специално внимание на електростатичната защита по време на предаване и транспортиране, за да се намалят загубите.
В полупроводниковите устройства с униполярни MOS тръби и MOS интегрални схеми, особено MOS тръбите, са особено чувствителни към статично електричество. Поради много високото си входно съпротивление и много малкия капацитет на електрода гейт-сорс, те лесно се зареждат от външно електромагнитно поле или електростатична индукция. Поради генерирането на електростатично електричество е трудно да се разреди зарядът навреме. Поради това е лесно да се натрупа статично електричество и да се предизвика мигновено разрушаване на устройството. Формата на електростатично разрушаване е главно електрическо гениално разрушаване, при което тънкият оксиден слой на решетката се разрушава, образувайки отвор, който затваря разстоянието между решетката и сорс-то или между решетката и дрейна.
И в сравнение с MOS лампата, антистатичната пробивна способност на MOS интегралната схема е сравнително малко по-добра, тъй като входният терминал на MOS интегралната схема е оборудван със защитен диод. При поява на голямо електростатично напрежение или пренапрежение повечето защитни диоди могат да бъдат заземени, но ако напрежението е твърде високо или моментният усилващ ток е твърде голям, понякога защитните диоди ще се изключат, както е показано на Фигура 8.
Няколкото снимки, показани на фигура 13, показват топографията на електростатичното пробиване на MOS интегрална схема. Точката на пробив е малка и дълбока, представлявайки състояние на разтопено разпрашване.
Фигура 14 показва появата на електростатично разрушаване на магнитната глава на компютърен твърд диск.
Време на публикуване: 08 юли 2023 г.
