一般に、半導体デバイスの開発、生産、使用においては、多少の失敗を避けることは困難です。製品の品質要件が継続的に改善されるにつれ、故障解析の重要性がますます高まっています。特定の故障チップを解析することで、回路設計者がデバイス設計の欠陥、プロセスパラメータの不一致、周辺回路の無理な設計、または問題に起因する誤動作を発見するのに役立ちます。半導体デバイスの故障解析の必要性は、主に次のような側面で現れます。
(1) 故障解析は、デバイスチップの故障メカニズムを特定するために必要な手段です。
(2) 障害分析は、効果的な障害診断に必要な基礎と情報を提供します。
(3) 故障解析は、設計エンジニアがチップ設計を継続的に改善または修復し、設計仕様に従ってより合理的なものにするために必要なフィードバック情報を提供します。
(4) 故障解析は、生産テストに必要な補足を提供し、検証テストプロセスの最適化に必要な情報の基礎を提供します。
半導体ダイオード、オーディオン、または集積回路の故障解析では、最初に電気パラメータをテストし、光学顕微鏡で外観検査した後、パッケージを取り外す必要があります。チップ機能の完全性を維持しながら、次の分析ステップに備えるために、内部および外部のリード、ボンディング ポイント、およびチップの表面を可能な限り遠ざける必要があります。
走査型電子顕微鏡とエネルギースペクトルを使用してこの分析を行います。これには、微細形態の観察、故障点の検索、欠陥点の観察と位置、デバイスの微細な幾何学的サイズと粗い表面電位分布の正確な測定、およびデジタルゲートの論理判断が含まれます。回路（電圧コントラストイメージ法による）。この分析には、エネルギー分光計または分光計を使用します。微視的な元素組成分析、材料構造または汚染物質分析が含まれます。
01. 半導体デバイスの表面欠陥・焼け
図 1 に示すように、半導体デバイスの表面欠陥とバーンアウトはどちらも一般的な故障モードであり、集積回路の精製層の欠陥です。
図 2 は、集積回路のメタライズ層の表面欠陥を示しています。
図 3 は、集積回路の 2 つの金属ストリップ間の降伏チャネルを示しています。
図4は、マイクロ波装置内のエアブリッジにおける金属ストリップの崩壊とスキュー変形を示しています。
図 5 は、マイクロ波管のグリッドの焼損を示しています。
図 6 は、統合された金属化電気ワイヤの機械的損傷を示しています。
図 7 は、メサ ダイオード チップの開口部と欠陥を示しています。
図 8 は、集積回路の入力における保護ダイオードのブレークダウンを示しています。
図 9 は、集積回路チップの表面が機械的衝撃によって損傷していることを示しています。
図 10 は、集積回路チップの部分的な焼損を示しています。
図 11 は、ダイオードチップが破壊されて激しく焼損し、破壊点が溶融状態になったことを示しています。
図 12 は、窒化ガリウム マイクロ波電力管チップの燃焼を示しており、燃焼点は溶融スパッタリング状態を示しています。
02. 静電気破壊
半導体デバイスは、製造、パッケージング、輸送から回路基板上での挿入、溶接、機械の組み立てなどのプロセスに至るまで、静電気の脅威にさらされています。この過程で、頻繁に移動し、外界から発生する静電気にさらされやすいため、交通機関が損傷します。したがって、損失を減らすために、伝送および輸送中の静電気保護には特別な注意を払う必要があります。
ユニポーラ MOS 管および MOS 集積回路を備えた半導体デバイスでは、特に MOS 管自体の入力抵抗が非常に高く、ゲート・ソース電極間容量が非常に小さいため、静電気に非常に敏感です。外部電磁界や静電誘導の影響を受けて帯電し、静電気が発生するため放電が間に合わず、静電気の蓄積から機器の瞬断を引き起こしやすくなります。静電破壊の形式は主に電気的破壊です。つまり、グリッドの薄い酸化層が破壊されてピンホールが形成され、グリッドとソース間またはグリッドとドレイン間のギャップが短絡します。
また、MOS集積回路の入力端子には保護ダイオードが装備されているため、MOS集積回路の静電気破壊防止能力はMOS管に比べて比較的若干優れています。大きな静電気電圧またはサージ電圧が発生すると、ほとんどの保護ダイオードはグランドに切り替えることができますが、電圧が高すぎる場合、または瞬間的な増幅電流が大きすぎる場合は、図に示すように、保護ダイオード自体がグランドに切り替わる場合があります。 8.
図 13 に示すいくつかの写真は、MOS 集積回路の静電破壊トポグラフィーです。降伏点は小さくて深く、溶融スパッタリング状態を示します。
図14にコンピュータのハードディスクの磁気ヘッドの静電気破壊の様子を示します。
投稿時間: 2023 年 7 月 8 日
