Nhìn chung, việc tránh khỏi một lượng nhỏ lỗi trong quá trình phát triển, sản xuất và sử dụng thiết bị bán dẫn là rất khó khăn. Với việc yêu cầu chất lượng sản phẩm liên tục được cải thiện, việc phân tích lỗi ngày càng trở nên quan trọng. Bằng cách phân tích các chip lỗi cụ thể, nó có thể giúp các nhà thiết kế mạch tìm ra các khiếm khuyết trong thiết kế thiết bị, sự không phù hợp của các thông số quy trình, thiết kế mạch ngoại vi không hợp lý hoặc hoạt động không bình thường do sự cố gây ra. Sự cần thiết của việc phân tích lỗi thiết bị bán dẫn chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:
(1) Phân tích lỗi là phương tiện cần thiết để xác định cơ chế lỗi của chip thiết bị;
(2) Phân tích lỗi cung cấp cơ sở và thông tin cần thiết để chẩn đoán lỗi hiệu quả;
(3) Phân tích lỗi cung cấp thông tin phản hồi cần thiết cho các kỹ sư thiết kế để liên tục cải tiến hoặc sửa chữa thiết kế chip và làm cho nó hợp lý hơn theo thông số kỹ thuật thiết kế;
(4) Phân tích lỗi có thể cung cấp sự bổ sung cần thiết cho thử nghiệm sản xuất và cung cấp cơ sở thông tin cần thiết để tối ưu hóa quy trình thử nghiệm xác minh.
Đối với phân tích lỗi của diode bán dẫn, mạch tích hợp hoặc mạch tích hợp, trước tiên cần kiểm tra các thông số điện, sau đó kiểm tra ngoại quan dưới kính hiển vi quang học và bóc lớp bao bì. Đồng thời, cần giữ các dây dẫn bên trong và bên ngoài, các điểm liên kết và bề mặt của chip càng xa càng tốt để chuẩn bị cho bước phân tích tiếp theo.
Sử dụng kính hiển vi điện tử quét và phổ năng lượng để thực hiện phân tích này: bao gồm quan sát hình thái vi mô, tìm kiếm điểm lỗi, quan sát và vị trí điểm lỗi, đo chính xác kích thước hình học vi mô của thiết bị và phân bố điện thế bề mặt thô và đánh giá logic của mạch cổng kỹ thuật số (với phương pháp ảnh tương phản điện áp); Sử dụng máy quang phổ năng lượng hoặc máy quang phổ để thực hiện phân tích này có: phân tích thành phần nguyên tố vi mô, cấu trúc vật liệu hoặc phân tích chất ô nhiễm.
01. Các khuyết tật bề mặt và vết cháy của các thiết bị bán dẫn
Các khuyết tật bề mặt và sự cháy của các thiết bị bán dẫn đều là những chế độ hỏng hóc phổ biến, như thể hiện trong Hình 1, đó là khuyết tật của lớp tinh khiết của mạch tích hợp.
Hình 2 cho thấy khuyết tật bề mặt của lớp kim loại hóa của mạch tích hợp.
Hình 3 cho thấy kênh đánh thủng giữa hai dải kim loại của mạch tích hợp.
Hình 4 cho thấy dải kim loại bị sụp đổ và biến dạng lệch trên cầu khí trong thiết bị vi sóng.
Hình 5 cho thấy lưới điện bị cháy của ống vi sóng.
Hình 6 cho thấy thiệt hại cơ học đối với dây kim loại điện tích hợp.
Hình 7 cho thấy khe hở và lỗi của chip diode mesa.
Hình 8 cho thấy sự cố của điốt bảo vệ ở đầu vào của mạch tích hợp.
Hình 9 cho thấy bề mặt của chip mạch tích hợp bị hư hỏng do tác động cơ học.
Hình 10 cho thấy tình trạng cháy một phần của chip mạch tích hợp.
Hình 11 cho thấy chip diode bị hỏng và bị cháy nghiêm trọng, các điểm hỏng chuyển sang trạng thái nóng chảy.
Hình 12 cho thấy chip ống dẫn năng lượng vi sóng gali nitride bị cháy và điểm cháy thể hiện trạng thái phun nóng chảy.
02. Sự cố tĩnh điện
Các thiết bị bán dẫn từ khâu sản xuất, đóng gói, vận chuyển đến lắp ráp, hàn, lắp ráp máy móc và các quy trình khác đều chịu tác động của tĩnh điện. Trong quá trình này, việc di chuyển thường xuyên và dễ dàng tiếp xúc với tĩnh điện từ môi trường bên ngoài dễ gây hư hỏng. Do đó, cần đặc biệt chú ý đến việc bảo vệ tĩnh điện trong quá trình truyền tải và vận chuyển để giảm thiểu tổn thất.
Trong các thiết bị bán dẫn sử dụng ống MOS đơn cực và mạch tích hợp MOS, đặc biệt là ống MOS rất nhạy cảm với tĩnh điện, do điện trở đầu vào của nó rất cao, và điện dung cực cổng-nguồn rất nhỏ, nên rất dễ bị ảnh hưởng bởi trường điện từ bên ngoài hoặc cảm ứng tĩnh điện và tích điện, và do sự phát sinh tĩnh điện, rất khó để xả điện kịp thời, do đó dễ gây ra sự tích tụ tĩnh điện dẫn đến sự cố đánh thủng tức thời của thiết bị. Hình thức đánh thủng tĩnh điện chủ yếu là đánh thủng điện, tức là lớp oxit mỏng của lưới bị phá vỡ, tạo thành một lỗ kim, làm ngắn mạch khe hở giữa lưới và nguồn hoặc giữa lưới và cực máng.
So với ống MOS, khả năng chống sét đánh của mạch tích hợp MOS tốt hơn một chút, bởi vì đầu vào của mạch tích hợp MOS được trang bị diode bảo vệ. Khi có điện áp tĩnh điện hoặc điện áp xung lớn, hầu hết các diode bảo vệ đều có thể được chuyển xuống đất, nhưng nếu điện áp quá cao hoặc dòng điện khuếch đại tức thời quá lớn, đôi khi các diode bảo vệ sẽ tự động ngắt, như minh họa trong Hình 8.
Một số hình ảnh hiển thị trong hình 13 là địa hình đánh thủng tĩnh điện của mạch tích hợp MOS. Điểm đánh thủng nhỏ và sâu, thể hiện trạng thái phun trào nóng chảy.
Hình 14 cho thấy hiện tượng đánh thủng tĩnh điện ở đầu từ của ổ cứng máy tính.
Thời gian đăng: 08-07-2023
