اخبار - به طور کلی

به طور کلی، اجتناب از مقدار کمی خرابی در توسعه، تولید و استفاده از دستگاه‌های نیمه‌هادی دشوار است. با بهبود مستمر الزامات کیفیت محصول، تجزیه و تحلیل خرابی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. با تجزیه و تحلیل تراشه‌های خرابی خاص، می‌تواند به طراحان مدار کمک کند تا نقص‌های طراحی دستگاه، عدم تطابق پارامترهای فرآیند، طراحی غیرمنطقی مدار جانبی یا عملکرد نادرست ناشی از مشکل را پیدا کنند. ضرورت تجزیه و تحلیل خرابی دستگاه‌های نیمه‌هادی عمدتاً در جنبه‌های زیر آشکار می‌شود:

(1) تحلیل خرابی، ابزاری ضروری برای تعیین مکانیسم خرابی تراشه دستگاه است؛

(2) تحلیل خرابی، اطلاعات و مبانی لازم را برای تشخیص مؤثر عیب فراهم می‌کند؛

(3) تحلیل شکست، اطلاعات بازخورد لازم را برای مهندسان طراح فراهم می‌کند تا به طور مداوم طراحی تراشه را بهبود یا تعمیر کنند و آن را مطابق با مشخصات طراحی، منطقی‌تر سازند.

(4) تحلیل شکست می‌تواند مکمل لازم برای آزمایش تولید را فراهم کند و مبنای اطلاعات لازم را برای بهینه‌سازی فرآیند آزمایش تأیید فراهم کند.

برای تجزیه و تحلیل خرابی دیودهای نیمه‌هادی، قطعات صوتی یا مدارهای مجتمع، ابتدا باید پارامترهای الکتریکی آزمایش شوند و پس از بررسی ظاهری زیر میکروسکوپ نوری، بسته‌بندی باید برداشته شود. ضمن حفظ یکپارچگی عملکرد تراشه، باید تا حد امکان سیم‌های داخلی و خارجی، نقاط اتصال و سطح تراشه را نگه داشت تا برای مرحله بعدی تجزیه و تحلیل آماده شود.

استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف انرژی برای انجام این تجزیه و تحلیل: شامل مشاهده مورفولوژی میکروسکوپی، جستجوی نقطه شکست، مشاهده و مکان نقطه نقص، اندازه‌گیری دقیق اندازه هندسه میکروسکوپی دستگاه و توزیع پتانسیل سطح ناهموار و قضاوت منطقی مدار گیت دیجیتال (با روش تصویر کنتراست ولتاژ)؛ استفاده از طیف‌سنج انرژی یا طیف‌سنج برای انجام این تجزیه و تحلیل: تجزیه و تحلیل ترکیب عناصر میکروسکوپی، ساختار مواد یا تجزیه و تحلیل آلاینده.

01. نقص‌های سطحی و سوختگی‌های قطعات نیمه‌هادی

نقص‌های سطحی و سوختن قطعات نیمه‌هادی، هر دو از حالت‌های رایج خرابی هستند، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، که نقص لایه خالص‌شده مدار مجتمع است.

شکل ۲ نقص سطحی لایه متالیزه شده مدار مجتمع را نشان می‌دهد.

شکل ۳ کانال شکست بین دو نوار فلزی مدار مجتمع را نشان می‌دهد.

شکل ۴ فروپاشی نوار فلزی و تغییر شکل مورب روی پل هوایی در دستگاه مایکروویو را نشان می‌دهد.

شکل 5 فرسودگی شبکه لوله مایکروویو را نشان می‌دهد.

شکل 6 آسیب مکانیکی وارده به سیم فلزی الکتریکی یکپارچه را نشان می‌دهد.

شکل 7 باز شدن و نقص تراشه دیود مزا را نشان می‌دهد.

شکل 8 خرابی دیود محافظ در ورودی مدار مجتمع را نشان می دهد.

شکل 9 نشان می‌دهد که سطح تراشه مدار مجتمع در اثر ضربه مکانیکی آسیب دیده است.

شکل 10 فرسودگی جزئی تراشه مدار مجتمع را نشان می‌دهد.

شکل ۱۱ نشان می‌دهد که تراشه دیود شکسته و به شدت سوخته است و نقاط شکست به حالت ذوب تبدیل شده‌اند.

شکل 12 تراشه لامپ قدرت مایکروویو گالیوم نیترید سوخته را نشان می‌دهد و نقطه سوختگی حالت پاشش مذاب را نشان می‌دهد.

02. شکست الکترواستاتیک

دستگاه‌های نیمه‌هادی از تولید، بسته‌بندی، حمل و نقل تا قرار گرفتن روی برد مدار برای درج، جوشکاری، مونتاژ ماشین و سایر فرآیندها در معرض تهدید الکتریسیته ساکن هستند. در این فرآیند، حمل و نقل به دلیل حرکت مکرر و قرار گرفتن آسان در معرض الکتریسیته ساکن تولید شده توسط دنیای خارج، آسیب می‌بیند. بنابراین، باید توجه ویژه‌ای به حفاظت الکترواستاتیک در حین انتقال و حمل و نقل شود تا تلفات کاهش یابد.

در دستگاه‌های نیمه‌هادی با لوله MOS تک قطبی و مدار مجتمع MOS، به ویژه لوله MOS، به دلیل مقاومت ورودی بسیار بالا و ظرفیت الکترود گیت-سورس بسیار کوچک، به الکتریسیته ساکن بسیار حساس است، بنابراین به راحتی تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی خارجی یا القای الکترواستاتیک قرار می‌گیرد و شارژ می‌شود و به دلیل تولید الکترواستاتیک، تخلیه بار به موقع دشوار است، بنابراین به راحتی می‌توان باعث تجمع الکتریسیته ساکن و خرابی آنی دستگاه شد. شکل خرابی الکترواستاتیک عمدتاً خرابی الکتریکی است، یعنی لایه نازک اکسید شبکه شکسته می‌شود و یک سوراخ سوزنی تشکیل می‌دهد که شکاف بین شبکه و سورس یا بین شبکه و درین را کوتاه می‌کند.

و نسبت به لوله MOS، قابلیت شکست آنتی استاتیک مدار مجتمع MOS نسبتاً کمی بهتر است، زیرا ترمینال ورودی مدار مجتمع MOS به دیود محافظ مجهز شده است. هنگامی که ولتاژ الکترواستاتیک یا ولتاژ ضربه زیادی در بیشتر دیودهای محافظ وجود دارد، می‌توان آنها را به زمین متصل کرد، اما اگر ولتاژ خیلی زیاد باشد یا جریان تقویت لحظه‌ای خیلی زیاد باشد، گاهی اوقات دیودهای محافظ خودشان را از دست می‌دهند، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است.

چندین تصویر نشان داده شده در شکل ۱۳، توپوگرافی شکست الکترواستاتیکی مدار مجتمع MOS را نشان می‌دهند. نقطه شکست کوچک و عمیق است و حالت پاشش مذاب را نشان می‌دهد.