ข่าวสาร - พูดโดยทั่วไป

โดยทั่วไปแล้ว เป็นเรื่องยากที่จะหลีกเลี่ยงความล้มเหลวเล็กๆ น้อยๆ ในการพัฒนา การผลิต และการใช้งานอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของข้อกำหนดด้านคุณภาพของผลิตภัณฑ์ การวิเคราะห์ความล้มเหลวจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ การวิเคราะห์ชิปที่ทำให้เกิดความล้มเหลวเฉพาะเจาะจงสามารถช่วยนักออกแบบวงจรค้นหาข้อบกพร่องในการออกแบบอุปกรณ์ ความไม่ตรงกันของพารามิเตอร์กระบวนการ การออกแบบวงจรต่อพ่วงที่ไม่สมเหตุสมผล หรือการทำงานผิดพลาดที่เกิดจากปัญหา ความจำเป็นในการวิเคราะห์ความล้มเหลวของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่มักปรากฏในประเด็นต่อไปนี้:

(1) การวิเคราะห์ความล้มเหลวเป็นวิธีการที่จำเป็นในการกำหนดกลไกความล้มเหลวของชิปอุปกรณ์

(2) การวิเคราะห์ความล้มเหลวให้พื้นฐานและข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการวินิจฉัยความผิดพลาดที่มีประสิทธิผล

(3) การวิเคราะห์ความล้มเหลวให้ข้อมูลป้อนกลับที่จำเป็นสำหรับวิศวกรออกแบบเพื่อปรับปรุงหรือซ่อมแซมการออกแบบชิปอย่างต่อเนื่องและทำให้สมเหตุสมผลมากขึ้นตามข้อกำหนดการออกแบบ

(4) การวิเคราะห์ความล้มเหลวสามารถให้ข้อมูลเสริมที่จำเป็นสำหรับการทดสอบการผลิตและให้ข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทดสอบการตรวจสอบ

สำหรับการวิเคราะห์ความล้มเหลวของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ ออดิโอน หรือวงจรรวม ควรทดสอบพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าก่อน และหลังจากตรวจสอบลักษณะภายนอกด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแล้ว ควรแกะบรรจุภัณฑ์ออก ขณะเดียวกันควรรักษาความสมบูรณ์ของการทำงานของชิป ควรรักษาสายนำทั้งภายในและภายนอก จุดเชื่อมต่อ และพื้นผิวของชิปให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการวิเคราะห์ขั้นตอนต่อไป

การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนและสเปกตรัมพลังงานเพื่อทำการวิเคราะห์นี้ ได้แก่ การสังเกตสัณฐานวิทยาของกล้องจุลทรรศน์ การค้นหาจุดล้มเหลว การสังเกตและตำแหน่งจุดบกพร่อง การวัดขนาดรูปทรงเรขาคณิตของกล้องจุลทรรศน์ของอุปกรณ์และการกระจายศักย์พื้นผิวที่ขรุขระอย่างแม่นยำ และการตัดสินตรรกะของวงจรเกตดิจิทัล (โดยใช้วิธีภาพคอนทราสต์แรงดันไฟฟ้า) การใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์พลังงานหรือเครื่องสเปกโตรมิเตอร์เพื่อทำการวิเคราะห์นี้ ได้แก่ การวิเคราะห์องค์ประกอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ การวิเคราะห์โครงสร้างวัสดุหรือสารมลพิษ

01. ข้อบกพร่องและรอยไหม้บนพื้นผิวของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

ข้อบกพร่องบนพื้นผิวและการเผาไหม้ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เป็นโหมดความล้มเหลวที่พบบ่อย ดังแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งเป็นข้อบกพร่องของชั้นบริสุทธิ์ของวงจรรวม

รูปที่ 2 แสดงให้เห็นข้อบกพร่องบนพื้นผิวของชั้นโลหะของวงจรรวม

รูปที่ 3 แสดงช่องพังทลายระหว่างแถบโลหะทั้งสองของวงจรรวม

รูปที่ 4 แสดงให้เห็นการยุบตัวและการเสียรูปเอียงของแถบโลหะบนสะพานอากาศในอุปกรณ์ไมโครเวฟ

รูปที่ 5 แสดงการไหม้ของกริดของหลอดไมโครเวฟ

รูปที่ 6 แสดงให้เห็นความเสียหายทางกลต่อสายไฟเคลือบโลหะแบบรวม

รูปที่ 7 แสดงช่องเปิดและข้อบกพร่องของชิปไดโอดเมซา

รูปที่ 8 แสดงการสลายตัวของไดโอดป้องกันที่อินพุตของวงจรรวม

รูปที่ 9 แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวของชิปวงจรรวมได้รับความเสียหายจากแรงกระแทกทางกล

รูปที่ 10 แสดงการเผาไหม้บางส่วนของชิปวงจรรวม

รูปที่ 11 แสดงให้เห็นว่าชิปไดโอดถูกทำลายและถูกเผาไหม้อย่างรุนแรง และจุดที่เกิดการพังทลายกลายเป็นสถานะหลอมละลาย

รูปที่ 12 แสดงให้เห็นชิปหลอดไมโครเวฟแกเลียมไนไตรด์ที่ถูกเผา และจุดที่ถูกเผาแสดงสถานะสปัตเตอร์หลอมเหลว

02. การสลายตัวของไฟฟ้าสถิต

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ตั้งแต่การผลิต การบรรจุ การขนส่ง ไปจนถึงการติดตั้งบนแผงวงจร การเชื่อม การประกอบเครื่องจักร และกระบวนการอื่นๆ ล้วนตกอยู่ในความเสี่ยงจากไฟฟ้าสถิต ในกระบวนการนี้ การขนส่งอาจเสียหายเนื่องจากการเคลื่อนไหวบ่อยครั้งและการสัมผัสไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากภายนอกได้ง่าย ดังนั้น จึงควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับการป้องกันไฟฟ้าสถิตระหว่างการส่งและการขนส่งเพื่อลดการสูญเสีย

ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้หลอด MOS แบบยูนิโพลาร์และวงจรรวม MOS มีความไวต่อไฟฟ้าสถิตเป็นพิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลอด MOS เนื่องจากความต้านทานอินพุตของตัวมันเองสูงมาก และความจุของอิเล็กโทรดเกต-ซอร์สมีค่าน้อยมาก จึงได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกหรือการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตและประจุได้ง่าย และเนื่องจากการเกิดไฟฟ้าสถิต ทำให้การคายประจุทำได้ยาก ดังนั้นจึงทำให้เกิดการสะสมของไฟฟ้าสถิตจนทำให้อุปกรณ์เสียหายทันที รูปแบบการเสียหายแบบไฟฟ้าสถิตส่วนใหญ่มักเกิดจากไฟฟ้า นั่นคือ ชั้นออกไซด์บางๆ ของกริดจะถูกทำลายลง ทำให้เกิดรูเข็มเล็กๆ ทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างกริดกับซอร์ส หรือระหว่างกริดกับเดรน

และเมื่อเทียบกับหลอด MOS แล้ว ความสามารถในการป้องกันไฟฟ้าสถิตของวงจรรวม MOS ดีกว่าเล็กน้อย เนื่องจากขั้วอินพุตของวงจรรวม MOS มีไดโอดป้องกัน เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าสถิตหรือแรงดันไฟกระชากสูง ไดโอดป้องกันส่วนใหญ่สามารถสลับลงกราวด์ได้ แต่หากแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไปหรือกระแสขยายทันทีสูงเกินไป บางครั้งไดโอดป้องกันก็จะทำงานเอง ดังแสดงในรูปที่ 8

ภาพต่างๆ ที่แสดงไว้ในรูปที่ 13 เป็นภาพแสดงโครงสร้างการสลายไฟฟ้าสถิตของวงจรรวม MOS จุดสลายมีขนาดเล็กและลึก ทำให้เกิดสถานะสปัตเตอร์หลอมเหลว