Over het algemeen is het moeilijk om een kleine hoeveelheid fouten te voorkomen bij de ontwikkeling, productie en het gebruik van halfgeleiderapparaten. Met de voortdurende verbetering van productkwaliteitseisen wordt faalanalyse steeds belangrijker. Door specifieke defecte chips te analyseren, kan het circuitontwerpers helpen bij het opsporen van defecten in het apparaatontwerp, mismatching van procesparameters, onredelijke ontwerpen van randapparatuur of fouten in de werking die door het probleem worden veroorzaakt. De noodzaak van faalanalyse van halfgeleiderapparaten komt voornamelijk tot uiting in de volgende aspecten:
(1) Foutanalyse is een noodzakelijk middel om het foutmechanisme van de apparaatchip te bepalen;
(2) De faalanalyse biedt de noodzakelijke basis en informatie voor een effectieve foutdiagnose;
(3) De faalanalyse verschaft de ontwerptechnici de nodige feedbackinformatie, zodat zij het chipontwerp voortdurend kunnen verbeteren of repareren en het redelijker kunnen maken in overeenstemming met de ontwerpspecificaties;
(4) Een faalanalyse kan een noodzakelijke aanvulling vormen op de productietest en de benodigde informatiebasis verschaffen voor de optimalisatie van het verificatietestproces.
Voor de faalanalyse van halfgeleiderdiodes, audions of geïntegreerde schakelingen moeten eerst de elektrische parameters worden getest. Na inspectie van het uiterlijk onder de optische microscoop moet de verpakking worden verwijderd. Om de integriteit van de chipfunctie te behouden, moeten de interne en externe aansluitingen, de verbindingspunten en het oppervlak van de chip zo veel mogelijk worden vrijgehouden ter voorbereiding op de volgende analysestap.
Met behulp van scanning elektronenmicroscopie en energiespectrum wordt deze analyse uitgevoerd: inclusief het observeren van de microscopische morfologie, het zoeken naar faalpunten, het observeren en lokaliseren van defectpunten, het nauwkeurig meten van de microscopische geometriegrootte van het apparaat en de potentiaalverdeling van het ruwe oppervlak en het logisch oordeel over het digitale gatecircuit (met de methode van spanningscontrastbeelden). Met behulp van een energiespectrometer of spectrometer wordt deze analyse uitgevoerd: microscopische analyse van de samenstelling van elementen, materiaalstructuur of analyse van verontreinigingen.
01. Oppervlaktedefecten en brandwonden van halfgeleiderapparaten
Oppervlaktedefecten en het doorbranden van halfgeleiderapparaten zijn beide veelvoorkomende faalwijzen, zoals weergegeven in Afbeelding 1. Dit is een defect van de gezuiverde laag van een geïntegreerd circuit.
Figuur 2 toont het oppervlaktedefect van de gemetalliseerde laag van het geïntegreerde circuit.
Figuur 3 toont het doorslagkanaal tussen de twee metalen strips van het geïntegreerde circuit.
Figuur 4 toont het instorten van de metalen strip en de scheeftrekking van de luchtbrug in het microgolfapparaat.
Figuur 5 toont het uitbranden van het rooster van de microgolfbuis.
Figuur 6 toont de mechanische schade aan de geïntegreerde elektrische gemetalliseerde draad.
Figuur 7 toont de opening en het defect van de mesadiodechip.
Figuur 8 toont de doorslag van de beschermingsdiode bij de ingang van het geïntegreerde circuit.
Figuur 9 laat zien dat het oppervlak van de geïntegreerde schakelingchip beschadigd raakt door mechanische impact.
Figuur 10 toont de gedeeltelijke verbranding van de geïntegreerde schakelingchip.
Figuur 11 laat zien dat de diodechip kapot is gegaan en ernstig verbrand is, en dat de kapotte delen zijn overgegaan in een gesmolten toestand.
Figuur 12 toont de gallium nitride microgolfbuischip verbrand, waarbij het verbrande punt een gesmolten sputtertoestand vertoont.
02. Elektrostatische storing
Halfgeleiderapparaten worden blootgesteld aan statische elektriciteit, van productie, verpakking en transport tot en met de printplaat voor plaatsing, lassen, machinemontage en andere processen. Tijdens dit transportproces kan schade ontstaan door frequente verplaatsing en blootstelling aan de statische elektriciteit die door de buitenwereld wordt gegenereerd. Daarom is speciale aandacht nodig voor elektrostatische bescherming tijdens transmissie en transport om verliezen te beperken.
Halfgeleiderapparaten met een unipolaire MOS-buis en een geïntegreerde MOS-schakeling zijn bijzonder gevoelig voor statische elektriciteit, met name een MOS-buis. De eigen ingangsweerstand is zeer hoog en de capaciteit van de gate-source-elektrode is zeer klein. Hierdoor is de buis zeer gevoelig voor statische elektriciteit door een extern elektromagnetisch veld of elektrostatische inductie en kan deze gemakkelijk worden opgeladen. Door de elektrostatische opwekking is het moeilijk om de lading tijdig te ontladen. Hierdoor kan de accumulatie van statische elektriciteit gemakkelijk leiden tot een onmiddellijke storing van het apparaat. De vorm van elektrostatische storing is voornamelijk een elektrische storing. Dit houdt in dat de dunne oxidelaag van het rooster wordt afgebroken, waardoor een gaatje ontstaat dat de opening tussen het rooster en de bron of tussen het rooster en de afvoer kortsluit.
En ten opzichte van een MOS-buis is het antistatische doorslagvermogen van een MOS-geïntegreerde schakeling relatief iets beter, omdat de ingangsaansluiting van een MOS-geïntegreerde schakeling is uitgerust met een beschermingsdiode. Zodra er een hoge elektrostatische spanning of piekspanning in de meeste beschermingsdioden optreedt, kunnen deze naar de aarde worden geschakeld. Maar als de spanning te hoog is of de momentane versterkingsstroom te groot, zullen de beschermingsdioden soms zelf doorslaan, zoals weergegeven in figuur 8.
De verschillende afbeeldingen in figuur 13 tonen de topografie van de elektrostatische doorslag van een geïntegreerde MOS-schakeling. Het doorslagpunt is klein en diep en vertoont een gesmolten sputtertoestand.
Figuur 14 toont het verschijnsel van elektrostatische doorslag in de magneetkop van een harde schijf van een computer.
Plaatsingstijd: 08-07-2023
