Генерално говорећи, тешко је избећи малу количину кварова у развоју, производњи и употреби полупроводничких уређаја. Са сталним побољшањем захтева за квалитетом производа, анализа кварова постаје све важнија. Анализом специфичних кварова чипова, може се помоћи пројектантима кола да пронађу недостатке у дизајну уређаја, неусклађеност параметара процеса, неразуман дизајн периферних кола или неправилан рад узрокован проблемом. Неопходност за анализом кварова полупроводничких уређаја се углавном манифестује у следећим аспектима:
(1) Анализа отказа је неопходно средство за одређивање механизма отказа чипа уређаја;
(2) Анализа кварова пружа неопходну основу и информације за ефикасну дијагнозу квара;
(3) Анализа кварова пружа неопходне повратне информације инжењерима пројектантима како би континуирано побољшавали или поправљали дизајн чипа и чинили га разумнијим у складу са спецификацијама пројектовања;
(4) Анализа кварова може пружити неопходну допуну за производно тестирање и пружити неопходну информативну основу за оптимизацију процеса верификационог тестирања.
За анализу отказа полупроводничких диода, аудио-дионика или интегрисаних кола, прво треба тестирати електричне параметре, а након прегледа изгледа под оптичким микроскопом, амбалажу треба уклонити. Уз очување интегритета функције чипа, унутрашњи и спољашњи водичи, тачке спајања и површина чипа треба да буду што је могуће даље од њих, како би се припремили за следећи корак анализе.
Коришћење скенирајуће електронске микроскопије и енергетског спектра за ову анализу: укључујући посматрање микроскопске морфологије, тражење тачака квара, посматрање и локацију тачака дефекта, прецизно мерење микроскопске геометријске величине уређаја и расподеле потенцијала храпаве површине и логичку процену дигиталног кола капије (методом контрастне слике напона); Коришћење енергетског спектрометра или спектрометра за ову анализу укључује: анализу микроскопског састава елемената, анализу структуре материјала или загађивача.
01. Површински дефекти и опекотине полупроводничких уређаја
Површински дефекти и прегоревање полупроводничких уређаја су уобичајени начини отказа, као што је приказано на слици 1, која представља дефект пречишћеног слоја интегрисаног кола.
Слика 2 приказује површински дефект метализованог слоја интегрисаног кола.
Слика 3 приказује пробојни канал између две металне траке интегрисаног кола.
Слика 4 приказује колапс металне траке и косу деформацију на ваздушном мосту у микроталасном уређају.
Слика 5 приказује прегоревање решетке микроталасне цеви.
Слика 6 приказује механичко оштећење интегрисане електричне метализоване жице.
Слика 7 приказује отварање и дефект чипа меза диоде.
Слика 8 приказује пробој заштитне диоде на улазу интегрисаног кола.
На слици 9 се види да је површина интегрисаног кола оштећена механичким ударом.
Слика 10 приказује делимично сагоревање чипа интегрисаног кола.
Слика 11 приказује да је диодни чип био покварен и озбиљно изгорео, а тачке квара су прешле у стање топљења.
Слика 12 приказује изгорели чип микроталасне цеви од галијум нитрида, а изгорела тачка представља растопљено стање распршивања.
02. Електростатички пробој
Полупроводнички уређаји, од производње, паковања, транспорта, па све до уградње на штампану плочу ради уметања, заваривања, склапања машине и других процеса, изложени су претњи статичког електрицитета. У овом процесу, транспорт се оштећује због честог кретања и лаког излагања статичком електрицитету који генерише спољашњи свет. Стога, посебну пажњу треба посветити електростатичкој заштити током преноса и транспорта како би се смањили губици.
У полупроводничким уређајима са униполарном МОС цеви и МОС интегрисаним колима, посебно су осетљиве на статички електрицитет, посебно МОС цеви, због сопственог улазног отпора који је веома висок, а капацитет електроде капија-сорс је веома мали, па је веома лако бити под утицајем спољашњег електромагнетног поља или електростатичке индукције и наелектрисати се. Због електростатичког генерисања, тешко је благовремено испразнити наелектрисање. Стога је лако изазвати акумулацију статичког електрицитета што доводи до тренутног квара уређаја. Облик електростатичког квара је углавном електрични генијални квара, односно танки оксидни слој мреже се ломи, формирајући рупу, која ствара кратак размак између мреже и сорс-а или између мреже и дрена.
И у односу на МОС цеви, антистатичка способност МОС интегрисаног кола је релативно мало боља, јер је улазни терминал МОС интегрисаног кола опремљен заштитном диодом. Када се појави велики електростатички напон или пренапон, већина заштитних диода може се пребацити на масу, али ако је напон превисок или је тренутна струја појачања превелика, понекад ће се заштитне диоде саме прегорети, као што је приказано на слици 8.
Неколико слика приказаних на слици 13 приказују топографију електростатичког пробоја MOS интегрисаног кола. Тачка пробоја је мала и дубока, представљајући стање растопљеног распршивања.
Слика 14 приказује појаву електростатичког пробоја магнетне главе рачунарског чврстог диска.
Време објаве: 08.07.2023.
