D’une manière générale, il est difficile d’éviter un petit nombre d’échecs dans le développement, la production et l’utilisation de dispositifs semi-conducteurs.Avec l’amélioration continue des exigences de qualité des produits, l’analyse des défaillances devient de plus en plus importante.En analysant des puces défaillantes spécifiques, il peut aider les concepteurs de circuits à détecter les défauts de conception du dispositif, l'inadéquation des paramètres de processus, la conception déraisonnable du circuit périphérique ou un mauvais fonctionnement causé par le problème.La nécessité d’analyser les défaillances des dispositifs semi-conducteurs se manifeste principalement dans 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 pannes fournit la base et les informations nécessaires pour un diagnostic efficace des pannes ;
(3) L'analyse des défaillances fournit les informations de retour d'information nécessaires aux ingénieurs de conception 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 d'abord être testés, et après l'inspection de l'apparence au microscope optique, l'emballage doit être retiré.Tout en maintenant l'intégrité de la fonction de la puce, les conducteurs internes et externes, les points de liaison et la surface de la puce doivent être conservés autant que possible, afin de préparer la prochaine étape de l'analyse.
Utilisation de la microscopie électronique à balayage et du spectre énergétique pour effectuer cette analyse : y compris l'observation de la morphologie microscopique, la recherche des 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 potentielle de la surface rugueuse et le jugement logique de la porte numérique. circuit (avec méthode d'image à contraste de tension);Utilisez un spectromètre d'énergie ou un spectromètre pour effectuer cette analyse : analyse de la composition des éléments microscopiques, analyse de la structure des matériaux ou analyse des polluants.
01. Défauts de surface et brûlures des dispositifs semi-conducteurs
Les défauts de surface et le grillage des dispositifs semi-conducteurs sont deux modes de défaillance courants, comme le montre la figure 1, qui correspond au 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 représente 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 aérien dans le dispositif à micro-ondes.
La figure 5 montre le grillage de la grille du tube micro-ondes.
La figure 6 montre les dommages mécaniques causés au fil métallisé électrique 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 l'épuisement partiel de la puce du circuit intégré.
La figure 11 montre que la puce de diode a été brisée et gravement brûlée, et que les points de panne sont devenus un 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. Panne électrostatique
Les dispositifs semi-conducteurs, depuis la fabrication, l'emballage, le transport jusqu'à la carte de circuit imprimé pour l'insertion, le soudage, l'assemblage de machines et d'autres processus, sont menacés par l'électricité statique.Dans ce processus, le transport est endommagé en raison des déplacements fréquents et de l’exposition facile à l’électricité statique générée par le monde extérieur.Par conséquent, une attention particulière doit être accordée à la protection électrostatique pendant la transmission et le transport afin de réduire les pertes.
Dans les dispositifs semi-conducteurs avec tube MOS unipolaire et circuit intégré MOS, il est particulièrement sensible à l'électricité statique, en particulier le tube MOS, car sa propre résistance d'entrée est très élevée et la capacité de l'électrode grille-source est très faible, il est donc très facile d'être affecté par un champ électromagnétique externe ou une induction électrostatique et chargé, et en raison de la génération électrostatique, il est difficile de décharger la charge à temps. Par conséquent, il est facile de provoquer l'accumulation d'électricité statique jusqu'à la panne instantanée de l'appareil.La forme de claquage électrostatique est principalement une claquage électrique ingénieux, c'est-à-dire que la fine couche d'oxyde de la grille est décomposée, formant un trou d'épingle qui court-circuite l'espace entre la grille et la source ou entre la grille et le drain.
Et par rapport à la capacité de claquage antistatique du circuit intégré MOS à tube MOS est relativement légèrement meilleure, car la borne d'entrée du circuit intégré MOS est équipée d'une diode de protection.Une fois qu'il y a une tension électrostatique importante ou une surtension dans la plupart des diodes de protection, elles peuvent être commutées à la terre, mais si la tension est trop élevée ou si le courant d'amplification instantané est trop important, parfois les diodes de protection se mettent elles-mêmes, comme le montre la figure. 8.
Les différentes images présentées sur la figure 13 sont la topographie de claquage électrostatique du circuit intégré MOS.Le point de rupture est petit et profond, présentant un état de pulvérisation fondue.
La figure 14 montre l'apparition d'un claquage électrostatique de la tête magnétique d'un disque dur d'ordinateur.
Heure de publication : 08 juillet 2023