Im Allgemeinen ist es schwierig, kleine Fehler bei der Entwicklung, Produktion und Verwendung von Halbleiterbauelementen zu vermeiden.Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Produktqualitätsanforderungen wird die Fehleranalyse immer wichtiger.Durch die Analyse spezifischer fehlerhafter Chips kann es Schaltungsentwicklern helfen, Fehler im Gerätedesign, die Nichtübereinstimmung von Prozessparametern, das unangemessene Design von Peripherieschaltungen oder durch das Problem verursachte Fehlfunktionen zu finden.Die Notwendigkeit der Fehleranalyse von Halbleiterbauelementen zeigt sich vor allem in folgenden Aspekten:
(1) Die Fehleranalyse ist ein notwendiges Mittel zur Bestimmung des Fehlermechanismus des Gerätechips.
(2) Die Fehleranalyse liefert die notwendigen Grundlagen und Informationen für eine wirksame Fehlerdiagnose.
(3) Die Fehleranalyse liefert den Entwicklungsingenieuren die notwendigen Feedbackinformationen, um das Chipdesign kontinuierlich zu verbessern oder zu reparieren und es gemäß der Designspezifikation sinnvoller zu gestalten.
(4) Die Fehleranalyse kann eine notwendige Ergänzung zum Produktionstest darstellen und die notwendige Informationsgrundlage für die Optimierung des Verifizierungstestprozesses liefern.
Für die Fehleranalyse von Halbleiterdioden, Audionen oder integrierten Schaltkreisen sollten zunächst elektrische Parameter getestet und nach der Aussehensprüfung unter dem Lichtmikroskop die Verpackung entfernt werden.Unter Wahrung der Integrität der Chipfunktion sollten die internen und externen Anschlüsse, Bondpunkte und die Oberfläche des Chips so weit wie möglich erhalten bleiben, um den nächsten Analyseschritt vorzubereiten.
Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie und Energiespektrum zur Durchführung dieser Analyse: einschließlich der Beobachtung der mikroskopischen Morphologie, der Suche nach Fehlerpunkten, der Beobachtung und Position von Fehlerpunkten, der genauen Messung der mikroskopischen Geometriegröße des Geräts und der Potenzialverteilung der rauen Oberfläche sowie der logischen Beurteilung des digitalen Gates Schaltung (mit Spannungskontrast-Bildmethode);Verwenden Sie ein Energiespektrometer oder ein Spektrometer, um diese Analyse durchzuführen: mikroskopische Analyse der Elementzusammensetzung, Materialstruktur oder Schadstoffanalyse.
01. Oberflächendefekte und Verbrennungen von Halbleiterbauelementen
Oberflächendefekte und Durchbrennen von Halbleiterbauelementen sind häufige Fehlerarten, wie in Abbildung 1 dargestellt, bei denen es sich um den Defekt der gereinigten Schicht des integrierten Schaltkreises handelt.
Abbildung 2 zeigt den Oberflächendefekt der metallisierten Schicht des integrierten Schaltkreises.
Abbildung 3 zeigt den Durchbruchkanal zwischen den beiden Metallstreifen des integrierten Schaltkreises.
Abbildung 4 zeigt den Zusammenbruch und die Schrägverformung des Metallstreifens auf der Luftbrücke im Mikrowellengerät.
Abbildung 5 zeigt den Gitterdurchbruch der Mikrowellenröhre.
Abbildung 6 zeigt die mechanische Beschädigung des integrierten elektrischen Metalldrahts.
Abbildung 7 zeigt die Öffnung und den Defekt des Mesadiodenchips.
Abbildung 8 zeigt den Durchbruch der Schutzdiode am Eingang des integrierten Schaltkreises.
Abbildung 9 zeigt, dass die Oberfläche des integrierten Schaltkreischips durch mechanische Einwirkung beschädigt wird.
Abbildung 10 zeigt das teilweise Durchbrennen des integrierten Schaltkreischips.
Abbildung 11 zeigt, dass der Diodenchip zerstört und stark verbrannt ist und die Durchschlagsstellen in einen geschmolzenen Zustand übergegangen sind.
Abbildung 12 zeigt den verbrannten Galliumnitrid-Mikrowellenröhrenchip, und der verbrannte Punkt zeigt einen geschmolzenen Sputterzustand.
02. Elektrostatischer Durchschlag
Halbleiterbauelemente sind von der Herstellung über die Verpackung und den Transport bis hin zum Einsetzen, Schweißen, Maschinenmontage und anderen Prozessen auf der Leiterplatte der Gefahr statischer Elektrizität ausgesetzt.Dabei wird das Transportmittel durch häufige Bewegungen und die Gefahr der statischen Elektrizität, die von der Außenwelt erzeugt wird, beschädigt.Daher sollte dem elektrostatischen Schutz bei Übertragung und Transport besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, um Verluste zu reduzieren.
In Halbleiterbauelementen mit unipolarer MOS-Röhre und integrierter MOS-Schaltung ist die MOS-Röhre besonders empfindlich gegenüber statischer Elektrizität, da ihr eigener Eingangswiderstand sehr hoch ist und die Kapazität der Gate-Source-Elektrode sehr klein ist, sodass es sehr einfach ist Wird durch ein externes elektromagnetisches Feld oder elektrostatische Induktion beeinflusst und aufgeladen, und aufgrund der elektrostatischen Erzeugung ist es schwierig, die Ladung rechtzeitig zu entladen. Daher kann es leicht zu einer Ansammlung statischer Elektrizität kommen, die zum sofortigen Ausfall des Geräts führt.Die Form des elektrostatischen Durchschlags ist hauptsächlich ein elektrischer Durchschlag, d. h. die dünne Oxidschicht des Gitters wird aufgebrochen und es entsteht ein Loch, das die Lücke zwischen dem Gitter und der Quelle oder zwischen dem Gitter und dem Abfluss kurzschließt.
Und im Vergleich zu MOS-Röhren ist die antistatische Durchschlagsfähigkeit von integrierten MOS-Schaltungen relativ etwas besser, da der Eingangsanschluss der integrierten MOS-Schaltung mit einer Schutzdiode ausgestattet ist.Sobald eine große elektrostatische Spannung oder Stoßspannung anliegt, können die meisten Schutzdioden auf Masse geschaltet werden. Wenn die Spannung jedoch zu hoch oder der momentane Verstärkungsstrom zu groß ist, werden die Schutzdioden manchmal selbst aktiviert, wie in der Abbildung dargestellt 8.
Die verschiedenen in Abbildung 13 gezeigten Bilder zeigen die elektrostatische Durchbruchtopographie der integrierten MOS-Schaltung.Der Durchschlagspunkt ist klein und tief und weist auf einen geschmolzenen Sputterzustand hin.
Abbildung 14 zeigt das Auftreten eines elektrostatischen Durchschlags des Magnetkopfes einer Computerfestplatte.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 08.07.2023