D'une manière générale, il est difficile d'éviter les petites défaillances lors du développement, de la production et de l'utilisation des semi-conducteurs. Avec l'amélioration constante des exigences de qualité des produits, l'analyse des défaillances devient de plus en plus importante. L'analyse de puces spécifiques défaillantes peut aider les concepteurs de circuits à identifier les défauts de conception des composants, les inadéquations des paramètres de processus, la conception déraisonnable des circuits périphériques ou les dysfonctionnements causés par le problème. La nécessité de l'analyse des défaillances des semi-conducteurs se manifeste principalement par les aspects suivants :
(1) L'analyse des défaillances est un moyen nécessaire pour déterminer le mécanisme de défaillance de la puce de l'appareil ;
(2) L’analyse des défaillances fournit la base et les informations nécessaires à un diagnostic efficace des défaillances ;
(3) L'analyse des défaillances fournit les informations de retour nécessaires aux ingénieurs concepteurs pour améliorer ou réparer en permanence la conception de la puce et la rendre plus raisonnable conformément aux spécifications de conception ;
(4) L'analyse des défaillances peut fournir le complément nécessaire aux tests de production et fournir la base d'informations nécessaire à l'optimisation du processus de test de vérification.
Pour l'analyse des défaillances des diodes semi-conductrices, des audions ou des circuits intégrés, les paramètres électriques doivent être testés au préalable, puis l'emballage doit être retiré après inspection au microscope optique. Tout en préservant l'intégrité fonctionnelle de la puce, les fils internes et externes, les points de connexion et la surface de la puce doivent être préservés autant que possible, afin de préparer l'étape suivante de l'analyse.
En utilisant la microscopie électronique à balayage et le spectre d'énergie pour effectuer cette analyse : y compris l'observation de la morphologie microscopique, la recherche de points de défaillance, l'observation et la localisation des points de défaut, la mesure précise de la taille de la géométrie microscopique de l'appareil et de la distribution du potentiel de surface rugueuse et le jugement logique du circuit de porte numérique (avec la méthode d'image de contraste de tension) ; Utiliser un spectromètre d'énergie ou un spectromètre pour effectuer cette analyse a : l'analyse de la composition des éléments microscopiques, la structure des matériaux ou l'analyse des polluants.
01. Défauts de surface et brûlures des dispositifs semi-conducteurs
Les défauts de surface et la combustion des dispositifs semi-conducteurs sont tous deux des modes de défaillance courants, comme le montre la figure 1, qui est le défaut de la couche purifiée du circuit intégré.
La figure 2 montre le défaut de surface de la couche métallisée du circuit intégré.
La figure 3 montre le canal de claquage entre les deux bandes métalliques du circuit intégré.
La figure 4 montre l'effondrement de la bande métallique et la déformation oblique sur le pont d'air dans le dispositif à micro-ondes.
La figure 5 montre la grille brûlée du tube à micro-ondes.
La figure 6 montre les dommages mécaniques causés au fil électrique métallisé intégré.
La figure 7 montre l'ouverture et le défaut de la puce de diode mesa.
La figure 8 montre le claquage de la diode de protection à l'entrée du circuit intégré.
La figure 9 montre que la surface de la puce de circuit intégré est endommagée par un impact mécanique.
La figure 10 montre la combustion partielle de la puce de circuit intégré.
La figure 11 montre que la puce de diode a été brisée et gravement brûlée, et que les points de rupture sont passés à l'état de fusion.
La figure 12 montre la puce du tube de puissance micro-ondes en nitrure de gallium brûlée, et le point brûlé présente un état de pulvérisation fondue.
02. Décomposition électrostatique
Les semi-conducteurs, de leur fabrication à leur emballage, en passant par leur transport, jusqu'à leur insertion sur le circuit imprimé, leur soudage, leur assemblage et d'autres processus, sont exposés à l'électricité statique. Durant ce processus, les déplacements fréquents et l'exposition à l'électricité statique générée par le monde extérieur peuvent endommager les composants. Par conséquent, une attention particulière doit être portée à la protection électrostatique pendant la transmission et le transport afin de réduire les pertes.
Les dispositifs semi-conducteurs à tube MOS unipolaire et à circuit intégré MOS sont particulièrement sensibles à l'électricité statique. En raison de leur résistance d'entrée très élevée et de la faible capacité de l'électrode grille-source, les tubes MOS sont très sensibles à l'électricité statique. Ils sont donc facilement affectés par un champ électromagnétique externe ou une induction électrostatique et peuvent se charger. De plus, la génération d'électricité statique rend difficile la décharge rapide de la charge. Par conséquent, l'accumulation d'électricité statique peut facilement provoquer un claquage instantané du dispositif. Le claquage électrostatique est principalement électrique, c'est-à-dire que la fine couche d'oxyde de la grille se brise, formant un trou d'épingle qui court-circuite l'espace entre la grille et la source ou entre la grille et le drain.
Par rapport aux tubes MOS, la capacité de claquage antistatique des circuits intégrés MOS est légèrement supérieure, car leur borne d'entrée est équipée d'une diode de protection. En cas de tension électrostatique ou de surtension importante, la plupart des diodes de protection peuvent être commutées à la masse. Cependant, si la tension est trop élevée ou si le courant d'amplification instantané est trop important, les diodes de protection peuvent se déconnecter d'elles-mêmes, comme illustré à la figure 8.
Les différentes images présentées dans la figure 13 illustrent la topographie de claquage électrostatique d'un circuit intégré MOS. Le point de claquage est petit et profond, présentant un état de pulvérisation cathodique fondu.
La figure 14 montre l'apparence de la rupture électrostatique de la tête magnétique d'un disque dur d'ordinateur.
Date de publication : 08/07/2023
