De modo geral, é difícil evitar pequenas falhas no desenvolvimento, produção e uso de dispositivos semicondutores. Com a melhoria contínua dos requisitos de qualidade do produto, a análise de falhas está se tornando cada vez mais importante. Ao analisar chips com falhas específicas, ele pode ajudar os projetistas de circuitos a encontrar defeitos no design do dispositivo, incompatibilidade de parâmetros do processo, design irracional do circuito periférico ou operação incorreta causada pelo problema. A necessidade de análise de falhas de dispositivos semicondutores manifesta-se principalmente nos seguintes aspectos:
(1) A análise de falhas é um meio necessário para determinar o mecanismo de falha do chip do dispositivo;
(2) A análise de falhas fornece a base e as informações necessárias para um diagnóstico eficaz de falhas;
(3) A análise de falhas fornece informações de feedback necessárias para que os engenheiros de projeto melhorem ou reparem continuamente o projeto do chip e o tornem mais razoável de acordo com as especificações do projeto;
(4) A análise de falhas pode fornecer o complemento necessário para o teste de produção e fornecer a base de informações necessária para a otimização do processo de teste de verificação.
Para a análise de falhas de diodos semicondutores, audions ou circuitos integrados, os parâmetros elétricos devem ser testados primeiro e, após a inspeção da aparência no microscópio óptico, a embalagem deve ser removida. Embora mantendo a integridade da função do chip, os condutores internos e externos, os pontos de ligação e a superfície do chip devem ser mantidos o mais longe possível, de modo a preparar-se para a próxima etapa da análise.
Usando microscopia eletrônica de varredura e espectro de energia para fazer esta análise: incluindo a observação da morfologia microscópica, pesquisa de pontos de falha, observação e localização de pontos de defeito, medição precisa do tamanho da geometria microscópica do dispositivo e distribuição potencial de superfície áspera e o julgamento lógico da porta digital circuito (com método de imagem de contraste de tensão); Use espectrômetro de energia ou espectrômetro para fazer esta análise: análise de composição de elementos microscópicos, estrutura de material ou análise de poluentes.
01. Defeitos superficiais e queimaduras de dispositivos semicondutores
Defeitos superficiais e queima de dispositivos semicondutores são modos de falha comuns, conforme mostrado na Figura 1, que é o defeito da camada purificada do circuito integrado.
A Figura 2 mostra o defeito superficial da camada metalizada do circuito integrado.
A Figura 3 mostra o canal de ruptura entre as duas tiras metálicas do circuito integrado.
A Figura 4 mostra o colapso da tira de metal e a deformação distorcida na ponte de ar no dispositivo de micro-ondas.
A Figura 5 mostra a queima da grade do tubo de micro-ondas.
A Figura 6 mostra os danos mecânicos ao fio metalizado elétrico integrado.
A Figura 7 mostra a abertura e o defeito do chip do diodo mesa.
A Figura 8 mostra a quebra do diodo de proteção na entrada do circuito integrado.
A Figura 9 mostra que a superfície do chip do circuito integrado foi danificada por impacto mecânico.
A Figura 10 mostra a queima parcial do chip do circuito integrado.
A Figura 11 mostra que o chip do diodo foi quebrado e gravemente queimado, e os pontos de ruptura entraram em estado de fusão.
A Figura 12 mostra o chip do tubo de potência de micro-ondas de nitreto de gálio queimado, e o ponto queimado apresenta um estado de pulverização catódica fundida.
02. Avaria eletrostática
Dispositivos semicondutores desde a fabricação, embalagem, transporte até a placa de circuito para inserção, soldagem, montagem de máquinas e outros processos estão sob a ameaça da eletricidade estática. Neste processo, o transporte é prejudicado devido ao movimento frequente e à fácil exposição à eletricidade estática gerada pelo mundo exterior. Portanto, atenção especial deve ser dada à proteção eletrostática durante a transmissão e transporte para reduzir perdas.
Em dispositivos semicondutores com tubo MOS unipolar e circuito integrado MOS é particularmente sensível à eletricidade estática, especialmente tubo MOS, devido à sua própria resistência de entrada ser muito alta, e a capacitância do eletrodo porta-fonte é muito pequena, por isso é muito fácil de ser afetado por campo eletromagnético externo ou indução eletrostática e carregado, e por causa da geração eletrostática, é difícil descarregar a carga a tempo. Portanto, é fácil causar o acúmulo de eletricidade estática até a quebra instantânea do dispositivo. A forma de ruptura eletrostática é principalmente a quebra elétrica engenhosa, ou seja, a fina camada de óxido da grade é quebrada, formando um furo, que encurta o espaço entre a grade e a fonte ou entre a grade e o dreno.
E em relação à capacidade de ruptura antiestática do circuito integrado MOS do tubo MOS é relativamente um pouco melhor, porque o terminal de entrada do circuito integrado MOS está equipado com um diodo de proteção. Uma vez que há uma grande tensão eletrostática ou sobretensão na maioria dos diodos de proteção, eles podem ser comutados para o terra, mas se a tensão for muito alta ou a corrente de amplificação instantânea for muito grande, às vezes os próprios diodos de proteção irão, como mostrado na Figura 8.
As diversas imagens mostradas na figura 13 são a topografia de ruptura eletrostática do circuito integrado MOS. O ponto de ruptura é pequeno e profundo, apresentando estado de sputtering fundido.
A Figura 14 mostra a aparência da quebra eletrostática da cabeça magnética de um disco rígido de computador.
Horário da postagem: 08/07/2023
