באופן כללי, קשה להימנע מכמות קטנה של כשל בפיתוח, ייצור ושימוש במכשירי מוליכים למחצה. עם השיפור המתמיד של דרישות איכות המוצר, ניתוח הכשלים הופך חשוב יותר ויותר. על ידי ניתוח שבבי כשל ספציפיים, זה יכול לעזור למעצבי מעגלים למצוא את הפגמים בתכנון ההתקן, את אי ההתאמה של פרמטרי התהליך, את התכנון הלא סביר של המעגל ההיקפי או הפעלה שגויה שנגרמה על ידי הבעיה. ההכרח בניתוח כשל של התקני מוליכים למחצה מתבטא בעיקר בהיבטים הבאים:
(1) ניתוח כשל הוא אמצעי הכרחי לקביעת מנגנון הכשל של שבב ההתקן;
(2) ניתוח כשל מספק בסיס ומידע הכרחיים לאבחון תקלות יעיל;
(3) ניתוח כשל מספק מידע משוב הכרחי למהנדסי תכנון כדי לשפר או לתקן באופן מתמיד את תכנון השבב ולהפוך אותו לסביר יותר בהתאם למפרט התכנון;
(4) ניתוח כשלים יכול לספק השלמה הכרחית לבדיקת ייצור ולספק בסיס מידע הכרחי לאופטימיזציה של תהליך בדיקת האימות.
לצורך ניתוח כשל של דיודות מוליכים למחצה, אודיונים או מעגלים משולבים, יש לבדוק תחילה פרמטרים חשמליים, ולאחר בדיקת המראה במיקרוסקופ האופטי, יש להסיר את האריזה. תוך שמירה על שלמות תפקוד השבב, יש לשמור על הלידים הפנימיים והחיצוניים, נקודות החיבור ועל פני השטח של השבב ככל האפשר, כדי להתכונן לשלב הבא של הניתוח.
שימוש במיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת וספקטרום אנרגיה כדי לבצע את הניתוח הזה: כולל תצפית על המורפולוגיה המיקרוסקופית, חיפוש נקודות כשל, תצפית נקודת ליקוי ומיקום, מדידה מדויקת של גודל הגיאומטריה המיקרוסקופית של המכשיר ופיזור פוטנציאל מחוספס של פני השטח והשיפוט הלוגי של השער הדיגיטלי מעגל (עם שיטת תמונה בניגוד מתח); השתמש בספקטרומטר אנרגיה או בספקטרומטר כדי לבצע ניתוח זה יש: ניתוח הרכב אלמנטים מיקרוסקופיים, מבנה חומר או ניתוח מזהמים.
01. פגמים פני השטח וכוויות של התקני מוליכים למחצה
פגמים על פני השטח וצריבה של התקני מוליכים למחצה הם שני מצבי כשל נפוצים, כפי שמוצג באיור 1, שהוא הפגם של השכבה המטוהרת של המעגל המשולב.
איור 2 מציג את הפגם של פני השטח של השכבה המתכתית של המעגל המשולב.
איור 3 מציג את ערוץ הפירוק בין שתי רצועות המתכת של המעגל המשולב.
איור 4 מציג את קריסת רצועת המתכת ועיוות הטיה על גשר האוויר במכשיר המיקרוגל.
איור 5 מציג את שחיקת הרשת של צינור המיקרוגל.
איור 6 מציג את הנזק המכני לחוט המשולב החשמלי המתכתי.
איור 7 מציג את הפתיחה והפגם של שבב דיודת Mesa.
איור 8 מציג את ההתמוטטות של דיודה המגן בכניסה של המעגל המשולב.
איור 9 מראה כי פני השטח של שבב המעגל המשולב ניזוק על ידי פגיעה מכנית.
איור 10 מציג את השחיקה החלקית של שבב המעגל המשולב.
איור 11 מציג את שבב הדיודה נשבר ונשרף קשות, ונקודות השבר הפכו למצב נמס.
איור 12 מציג את שבב צינור החשמל של גליום ניטריד שרוף שרוף, ונקודת השריפה מציגה מצב של קפיצה מותכת.
02. התמוטטות אלקטרוסטטית
התקני מוליכים למחצה מייצור, אריזה, הובלה ועד ללוח המעגלים להכנסה, ריתוך, הרכבת מכונות ותהליכים אחרים נמצאים תחת איום של חשמל סטטי. בתהליך זה, התחבורה נפגעת עקב תנועה תכופה וחשיפה קלה לחשמל הסטטי שנוצר מהעולם החיצון. לכן, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת להגנה אלקטרוסטטית במהלך שידור ותחבורה כדי להפחית את ההפסדים.
במכשירי מוליכים למחצה עם צינור MOS חד קוטבי ומעגל משולב MOS רגיש במיוחד לחשמל סטטי, במיוחד צינור MOS, בגלל שהתנגדות הכניסה שלו גבוהה מאוד, וקיבול האלקטרודה של מקור השער קטן מאוד, כך שקל מאוד להיות מושפע משדה אלקטרומגנטי חיצוני או אינדוקציה אלקטרוסטטית וטעון, ובגלל הייצור האלקטרוסטטי, קשה לפרוק מטען בזמן, לכן קל לגרום להצטברות של חשמל סטטי להתמוטטות מיידית של המכשיר. צורת ההתמוטטות האלקטרוסטטית היא בעיקר התמוטטות חשמלית גאונית, כלומר, שכבת התחמוצת הדקה של הרשת מתפרקת, ויוצרת חריר, המקצר את הפער בין הרשת למקור או בין הרשת לניקוז.
וביחס לצינור MOS יכולת התמוטטות אנטי סטטית של מעגל משולב של MOS היא מעט יותר טובה יחסית, מכיוון שמסוף הקלט של מעגל משולב MOS מצויד בדיודה מגן. ברגע שיש מתח אלקטרוסטטי גדול או מתח נחשול ברוב דיודות המגן ניתן להעביר לאדמה, אך אם המתח גבוה מדי או זרם ההגברה המיידי גדול מדי, לפעמים דיודות המגן יעשו את עצמן, כפי שמוצג באיור. 8.
מספר התמונות המוצגות באיור 13 הן טופוגרפיית ההתמוטטות האלקטרוסטטית של המעגל המשולב של MOS. נקודת הפירוק קטנה ועמוקה, מציגה מצב של קיטור מותך.
איור 14 מציג את המראה של התמוטטות אלקטרוסטטית של הראש המגנטי של דיסק קשיח של מחשב.
זמן פרסום: יולי-08-2023
