Apskritai kalbant, puslaidininkinių įtaisų kūrimo, gamybos ir naudojimo procese sunku išvengti nedidelių gedimų. Nuolat tobulinant gaminių kokybės reikalavimus, gedimų analizė tampa vis svarbesnė. Analizuojant konkrečius gedimų lustus, grandinių projektuotojai gali padėti rasti įtaisų konstrukcijos defektus, proceso parametrų neatitikimą, nepagrįstą periferinės grandinės konstrukciją ar netinkamą veikimą, kurį sukelia problema. Puslaidininkinių įtaisų gedimų analizės būtinybė daugiausia pasireiškia šiais aspektais:
(1) Gedimų analizė yra būtina priemonė įrenginio lusto gedimo mechanizmui nustatyti;
(2) Gedimų analizė suteikia reikiamą pagrindą ir informaciją veiksmingai gedimų diagnostikai;
(3) Gedimų analizė suteikia reikiamą grįžtamąjį ryšį projektavimo inžinieriams, kad jie galėtų nuolat tobulinti arba taisyti lusto konstrukciją ir padaryti ją labiau pagrįstą pagal projekto specifikaciją;
(4) Gedimų analizė gali suteikti reikalingą papildymą gamybiniams bandymams ir suteikti reikiamą informacinį pagrindą patikros bandymų proceso optimizavimui.
Atliekant puslaidininkinių diodų, garso grandinių ar integrinių grandynų gedimų analizę, pirmiausia reikia patikrinti elektrinius parametrus, o po apžiūros optiniu mikroskopu nuimti pakuotę. Išsaugant mikroschemos funkcijos vientisumą, reikia kuo labiau išlaikyti vidinius ir išorinius laidus, sujungimo taškus ir mikroschemos paviršių, kad būtų galima pasiruošti kitam analizės etapui.
Šiai analizei atlikti naudojamas skenuojančioji elektroninė mikroskopija ir energijos spektras: mikroskopinės morfologijos stebėjimas, gedimo taškų paieška, defekto taškų stebėjimas ir vietos nustatymas, tikslus įrenginio mikroskopinės geometrijos dydžio ir šiurkštaus paviršiaus potencialų pasiskirstymo matavimas bei skaitmeninių vartų grandinės loginis vertinimas (naudojant įtampos kontrasto vaizdo metodą); šiai analizei atlikti naudojamas energijos spektrometras arba spektrometras: mikroskopinė elementų sudėties analizė, medžiagų struktūros arba teršalų analizė.
01. Puslaidininkinių įtaisų paviršiaus defektai ir nudegimai
Puslaidininkinių įtaisų paviršiaus defektai ir perdegimas yra dažni gedimo režimai, kaip parodyta 1 paveiksle, kuris yra integrinio grandyno išgryninto sluoksnio defektas.
2 paveiksle parodytas integrinio grandyno metalizuoto sluoksnio paviršiaus defektas.
3 paveiksle parodytas pramušimo kanalas tarp dviejų integrinio grandyno metalinių juostelių.
4 paveiksle parodytas metalinės juostelės sugriuvimas ir iškreipta deformacija ant oro tiltelio mikrobangų krosnelėje.
5 paveiksle parodytas mikrobangų vamzdžio grotelių perdegimas.
6 paveiksle parodytas integruotos elektrinės metalizuotos vielos mechaninis pažeidimas.
7 paveiksle parodyta mesa diodo mikroschemos anga ir defektas.
8 paveiksle parodytas apsauginio diodo gedimas integrinio grandyno įėjime.
9 paveiksle parodyta, kad integrinio grandyno lusto paviršius yra pažeistas mechaninio smūgio.
10 paveiksle parodytas dalinis integrinio grandyno lusto perdegimas.
11 paveiksle parodyta, kad diodo lustas buvo sugedęs ir smarkiai apdegęs, o gedimo taškai virto lydymosi būsena.
12 paveiksle parodytas galio nitrido mikrobangų galios vamzdžio lustas, kuris yra sudegęs, o degimo taškas rodo išlydyto dulkinimo būseną.
02. Elektrostatinis iškrovimas
Puslaidininkiniai įtaisai nuo gamybos, pakavimo, transportavimo iki pat įdėjimo į spausdintinę plokštę, suvirinimo, mašinų surinkimo ir kitų procesų yra veikiami statinės elektros. Šio proceso metu transportavimo metu įtaisai pažeidžiami dėl dažno judėjimo ir lengvo išorinio pasaulio generuojamos statinės elektros poveikio. Todėl, siekiant sumažinti nuostolius, perdavimo ir transportavimo metu reikia atkreipti ypatingą dėmesį į elektrostatinę apsaugą.
Puslaidininkiniuose įtaisuose su vienpoliais MOS vamzdeliais ir MOS integriniais grandynais ypač jautrūs statinei elektrai, ypač MOS vamzdeliai, nes jų paties įėjimo varža yra labai didelė, o vartų ir šaltinio elektrodo talpa labai maža, todėl juos labai lengva paveikti išorinio elektromagnetinio lauko arba elektrostatinės indukcijos ir įkrauti, o dėl elektrostatinės krūvio susidarymo sunku laiku iškrauti krūvį. Todėl lengva sukelti statinės elektros kaupimąsi, kuris akimirksniu sukelia įtaiso gedimą. Elektrostatinio gedimo forma daugiausia yra elektrinis genetiškas gedimas, t. y. plonas tinklelio oksido sluoksnis yra suskaidytas, susidarant skylutei, kuri sutrumpina tarpą tarp tinklelio ir šaltinio arba tarp tinklelio ir dreno.
Ir, palyginti su MOS vamzdeliu, MOS integrinio grandyno antistatinis pramušimo gebėjimas yra šiek tiek geresnis, nes MOS integrinio grandyno įėjimo gnybte yra apsauginis diodas. Kai atsiranda didelė elektrostatinė įtampa arba viršįtampis, dauguma apsauginių diodų gali būti įžeminti, tačiau jei įtampa per didelė arba momentinė stiprinimo srovė per didelė, kartais apsauginiai diodai patys sugenda, kaip parodyta 8 paveiksle.
13 paveiksle parodyti keli paveikslėliai yra MOS integrinių grandynų elektrostatinio pramušimo topografija. Pramušimo taškas yra mažas ir gilus, jame pavaizduota išlydyto dulkinimo būsena.
14 paveiksle parodyta kompiuterio standžiojo disko magnetinės galvutės elektrostatinio gedimo išvaizda.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 8 d.
