Соединяя науку и технологии office@sernia.ru
пн-пт 10:00 – 19:00
сб-вс выходные
+7 (495) 204 13 17
8 (800) 301 13 17

Механизмы отказа полупроводниковых устройств

предыдущий следующий
14 Февраля 2019
Факторы отказа, механизмы и режимы
Статья посвящена механизму отказов электронных устройств. Будет полезна технологам на предприятиях, производящих микроэлектронные устройства.
В данной статье представлены наиболее распространенные отказы полупроводниковых устройств.

Механизмы отказа

Тесты на надежность предназначены для воспроизведения отказов изделия, которые могут возникнуть при последующем использовании. Результаты тестов на надёжность способствуют пониманию механизмов отказов. В случае возникновения отказа знание его механизма поможет выявить вызвавший его фактор (температура, влажность, напряжение, ток и т.д.).

Надёжность изделия при последующей эксплуатации может быть спрогнозирована на основании результатов тестов на надёжность, проведённых в ускоренных условиях (при повышенных нагрузках). Недостатки, влияющие на надёжность изделия, могут быть определены при более детальном изучении механизмов отказов.

Тестирование надёжности предоставляет полезную информацию также и для производителя, стремящегося защитить продукцию оптимальным способом, выбор которого зависит от обнаруженных отказов.

Классификация отказов

Для анализа надёжности полупроводниковых устройств используются статистические методы и методы устранения отказа, основанные на понимании физических основ процесса. Такой подход называется физикой отказа. Его цель – прояснить механизмы отказов, формируя понимание их физических характеристик на атомном и молекулярном уровнях.

Режимы отказов полупроводниковых устройств, как правило, подразделяются на разрывы цепей, короткие замыкания, деградацию и пр. Взаимосвязь между этими режимами отказов и их механизмами подробно описаны в таблице 1.

Таблица 1 Факторы отказа, механизмы и режимы

Факторы отказа

Механизмы отказа

Режимы отказа

Пример

Область p-n-перехода

- Подложка.
- P-n переход.
- Изоляция.

- Дефект кристалла.
- Внедрение примеси.
- Смещение маски фоторезиста.
- Поверхностное загрязнение.

- Пониженное напряжение пробоя.
- Короткое замыкание.
- Увеличенный ток утечки.



Оксидная плёнка

- Подзатворная оксидная плёнка.
- Защитная оксидная плёнка

- Ионная подвижность.
- Прокол плёнки.
- Поверхностное состояние.
- Деградация подзатворного диэлектрика.
- Инжекция горячих носителей.

- Пониженное напряжение пробоя.
- Короткое замыкание.
- Увеличенный ток утечки.
- Дрейф коэффициента передачи тока hFE и/или порогового напряжения транзистора Vth.

Рис.1

Металлизация

- Внутренние цепи.
- Контакт отверстия.
- Переходное отверстие.

- Царапина или пустая полость.
- Механическое повреждение.
- Неомический контакт с полупроводником.
- Нарушение профиля (ступенчатость).
- Слабая адгезия.
- Некорректные толщины.
- Коррозия.
- Миграция материалов в электрическом поле или под нагрузкой.

- Разрыв цепи.
- Короткое замыкание.
- Повышенное сопротивление.

Рис.2

Пассивация

- Поверхностная защитная пленка.
- Межслойная диэлектрическая пленка.

- Прокол или трещина.
- Неравномерная толщина.
- Примесь.
- Инверсия поверхности.

- Пониженное напряжение пробоя.
- Короткое замыкание.
- Увеличенный ток утечки.
- Дрейф коэффициента передачи тока hFE и/или порогового напряжения транзистора Vth.

- Ухудшение шумовых характеристик.


Соединение кристалла с корпусом

- Соединения с рамкой микросхемы.

- Отрыв образца.
- Трещина образца.

- Разрыв цепи.
- Короткое замыкание.
- Нестабильная/ неустойчивая работа.
- Повышенное тепловое сопротивление.

Рис.3

Провода, соединяющие выводы кристалла и корпуса

- Связь провода с кристаллом.
- Связь провода с выводом корпуса.

- Смещение подсоединенного провода.
- Неотцентрированный провод.
- Дефект в контакте провода.
- Размыкание.
- Обрыв провода.
- Контакт между проводами.

- Разрыв цепи.
- Короткое замыкание.
- Повышенное сопротивление.

Рис.4
Рис.5

Герметизация

- Смола.
- Герметизирующий газ.

- Пустота.
- Незаполненность смолой.
- Проникновение влаги.
- Отслаивание.
- Загрязнение поверхности.
- Недостаточная герметичность.
- Неочищенный герметизирующий газ.
- Инородные частицы.

- Разрыв цепи.
- Короткое замыкание.
- Увеличенный ток утечки.

Рис.6,7
Рис.8

Площадка ввода/ вывода

- Статическое электричество.
- Перепад напряжения.
- Перегрузка по напряжению.
- Перегрузка по току.

- Пробой p-n-перехода.
- Повреждение оксидной плёнки.
- Дефект/разрушение металлизации

- Разрыв цепи.
- Короткое замыкание.
- Увеличенный ток утечки.

Рис.9

Иные

- Альфа-частицы.
- Сильное электрическое поле.
- Шум.

- Генерация электронно-дырочных пар.
- Инверсия поверхности.

- Программный сбой.
- Увеличенный ток утечки.




прокол затвора         разрыв покрытия алюминиевого проводника
  Рис.1 – Прокол затвора                                           Рис.2 – Разрыв покрытия алюминиевого проводника


Рис.3 – Трещина                                                           Рис.4 – Повреждение контактной площадки (вид снизу)
рис.5 повреждение провода в результате ультразвукового воздействия.png     рис.6 внутренние пустоты в корпусе.PNG
Рис.5 – Повреждение провода в рез-те ультразвук. воздействия            Рис.6 – Внутренние пустоты в корпусе
рис.7 отсутствие формовочной смолы.png
Рис.7 – Отсутствие формовочной смолы
рис.8 короткое замыкание из-за присутствия проводящих частиц в корпусе.png        рис.9 дефект вывода в результате повышенного напряжения.png

Рис.8 – Короткое замыкание из-за присутствия проводящих частиц в корпусе        
Рис.9 – Дефект  вывода в результате повышенного напряжения