Secara umum, sulit untuk menghindari sedikit kegagalan dalam pengembangan, produksi, dan penggunaan perangkat semikonduktor. Dengan peningkatan berkelanjutan dalam persyaratan kualitas produk, analisis kegagalan menjadi semakin penting. Dengan menganalisis chip kegagalan tertentu, hal ini dapat membantu perancang sirkuit menemukan cacat desain perangkat, ketidaksesuaian parameter proses, desain sirkuit periferal yang tidak wajar, atau kesalahan operasi yang disebabkan oleh masalah tersebut. Pentingnya analisis kegagalan perangkat semikonduktor terutama tercermin dalam aspek-aspek berikut:
(1) Analisis kegagalan merupakan cara yang diperlukan untuk menentukan mekanisme kegagalan chip perangkat;
(2) Analisis kegagalan memberikan dasar dan informasi yang diperlukan untuk diagnosis kesalahan yang efektif;
(3) Analisis kegagalan memberikan informasi umpan balik yang diperlukan bagi para insinyur desain untuk terus meningkatkan atau memperbaiki desain chip dan membuatnya lebih masuk akal sesuai dengan spesifikasi desain;
(4) Analisis kegagalan dapat memberikan suplemen yang diperlukan untuk pengujian produksi dan memberikan dasar informasi yang diperlukan untuk optimalisasi proses pengujian verifikasi.
Untuk analisis kegagalan dioda semikonduktor, audion, atau sirkuit terpadu, parameter kelistrikan harus diuji terlebih dahulu, dan setelah pemeriksaan penampilan di bawah mikroskop optik, kemasan harus dilepas. Dengan tetap menjaga integritas fungsi chip, kabel internal dan eksternal, titik ikatan, dan permukaan chip harus dijaga sebersih mungkin, untuk mempersiapkan langkah analisis selanjutnya.
Menggunakan mikroskop elektron pemindaian dan spektrum energi untuk melakukan analisis ini: termasuk pengamatan morfologi mikroskopis, pencarian titik kegagalan, pengamatan dan lokasi titik cacat, pengukuran akurat ukuran geometri mikroskopis perangkat dan distribusi potensial permukaan kasar dan penilaian logis rangkaian gerbang digital (dengan metode gambar kontras tegangan); Gunakan spektrometer energi atau spektrometer untuk melakukan analisis ini: analisis komposisi elemen mikroskopis, struktur material atau analisis polutan.
01. Cacat permukaan dan luka bakar pada perangkat semikonduktor
Cacat permukaan dan terbakarnya perangkat semikonduktor merupakan mode kegagalan umum, seperti ditunjukkan pada Gambar 1, yang merupakan cacat pada lapisan murni sirkuit terpadu.
Gambar 2 menunjukkan cacat permukaan lapisan logam pada sirkuit terpadu.
Gambar 3 menunjukkan saluran pemutusan antara dua strip logam pada sirkuit terpadu.
Gambar 4 menunjukkan keruntuhan strip logam dan deformasi kemiringan pada jembatan udara di perangkat gelombang mikro.
Gambar 5 memperlihatkan kerusakan jaringan tabung gelombang mikro.
Gambar 6 menunjukkan kerusakan mekanis pada kawat logam listrik terintegrasi.
Gambar 7 menunjukkan pembukaan dan cacat chip dioda mesa.
Gambar 8 menunjukkan kerusakan dioda pelindung pada input sirkuit terpadu.
Gambar 9 menunjukkan permukaan chip sirkuit terpadu rusak akibat benturan mekanis.
Gambar 10 memperlihatkan kejenuhan sebagian chip sirkuit terpadu.
Gambar 11 menunjukkan chip dioda rusak dan terbakar parah, dan titik kerusakan berubah menjadi keadaan meleleh.
Gambar 12 menunjukkan chip tabung daya gelombang mikro galium nitrida terbakar, dan titik terbakar menunjukkan keadaan sputtering cair.
02. Kerusakan elektrostatik
Perangkat semikonduktor, mulai dari proses manufaktur, pengemasan, pengangkutan, hingga pemasangan di papan sirkuit, pengelasan, perakitan mesin, dan proses lainnya, rentan terhadap listrik statis. Dalam proses ini, pengangkutan dapat rusak akibat pergerakan yang sering dan paparan listrik statis yang dihasilkan oleh dunia luar. Oleh karena itu, perlindungan elektrostatik selama transmisi dan pengangkutan perlu mendapat perhatian khusus untuk mengurangi kerugian.
Dalam perangkat semikonduktor dengan tabung MOS unipolar dan sirkuit terpadu MOS sangat sensitif terhadap listrik statis, terutama tabung MOS, karena resistansi inputnya sendiri sangat tinggi, dan kapasitansi elektroda gerbang-sumber sangat kecil, sehingga sangat mudah dipengaruhi oleh medan elektromagnetik eksternal atau induksi elektrostatik dan dibebankan, dan karena pembangkitan elektrostatik, sulit untuk melepaskan muatan tepat waktu, Oleh karena itu, mudah menyebabkan akumulasi listrik statis pada kerusakan perangkat seketika. Bentuk kerusakan elektrostatik terutama adalah kerusakan cerdik listrik, yaitu, lapisan oksida tipis dari kisi rusak, membentuk lubang jarum, yang membuat celah antara kisi dan sumber atau antara kisi dan saluran pembuangan menjadi pendek.
Dibandingkan dengan tabung MOS, kemampuan anti-rusaknya pada sirkuit terpadu MOS relatif sedikit lebih baik, karena terminal input sirkuit terpadu MOS dilengkapi dengan dioda pelindung. Ketika terdapat tegangan elektrostatik atau tegangan lonjakan yang besar, sebagian besar dioda pelindung dapat dialihkan ke ground. Namun, jika tegangan terlalu tinggi atau arus amplifikasi sesaat terlalu besar, terkadang dioda pelindung akan mengalami kerusakan sendiri, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Beberapa gambar yang ditunjukkan pada Gambar 13 merupakan topografi kerusakan elektrostatik sirkuit terpadu MOS. Titik kerusakannya kecil dan dalam, menunjukkan keadaan sputtering cair.
Gambar 14 menunjukkan penampakan kerusakan elektrostatik pada kepala magnetik hard disk komputer.
Waktu posting: 08-Jul-2023
