Соединяя
науку и технологии office@sernia.ru
8 (800) 301-13-17
+7 (495) 204-13-17

Зачем нужен анализ отказов в микроэлектронике

Анализ отказов в микроэлектронике

Анализ отказа полупроводниковых устройств необходим для выяснения причины отказа и обеспечения на основе этой информации оперативной обратной связи с этапами производства и проектирования. В связи с рыночными требованиями более высокой надежности и разработкой устройств с более высокой степенью интеграции и большими размерами чипа для анализа отказов требуются самые новые технологии.

Чтобы гарантировать надежность, анализ должен быть "встроен" в устройство еще на стадиях проектирования и производства. Однако невозможно полностью избавиться от отказов во время производства и использования в полевых условиях. Поэтому для предотвращения повторного возникновения подобных сбоев, должен быть выполнен анализ отказа. Он необходим для выяснения причины отказа и обеспечения на основе этой информации оперативной обратной связи с этапами производства и проектирования.

Что такое анализ отказов?

Анализ отказа начинается, когда находящееся под наблюдением устройство утрачивает свои основные функции согласно критериям отказа. Отказы включают полную потерю функций и различные уровни деградации. По мере того как электронное оборудование становится все более сложным, отказы уже не ограничиваются отдельными компонентами, а превращаются в сложный отказ всей системы. Анализ отказа без учета этих факторов может привести к ошибочным корректирующим действиям.

Анализ отказа – это исследование характера и механизма отказа с использованием оптических, электрических, физических и химических методик анализа. Прежде чем начать анализ, необходимо собрать подробности об обстоятельствах и симптомах отказа. Сюда входит исследование изменений электрических характеристик и других предшествующих отказу данных, среды, условий нагрузки, монтажа и возможность человеческих ошибок. Анализ этих факторов позволит сделать предположение о потенциальном характере и механизме отказа. На основе этого предположения определяются наиболее подходящие методы и процедуры. Недостаточная информация относительно обстоятельств и симптомов отказа может привести к неподобающему выбору методики анализа, а, следовательно, к значительным затратам труда и времени.

Градация отказов по размерности

Отказы могут быть вызваны дефектами на разном уровне, начиная с визуально различимых трещин, заканчивая нарушениями на атомарном уровне. На рис. 1 показана геометрическая градация отказов по размерности.

Рис. 1. Геометрическая градация отказов по размерности

Градация отказов по размерности.png


Процедура анализа отказов

Как уже упомянуто, анализ отказа зависит от многих факторов. На рис. 2 представлена общая процедура анализа отказа. Отказавшее устройство сначала подвергается визуальному осмотру корпуса (входной контроль) и проверке электрических характеристик. Если отказ подтверждается, то вскрывается корпус (производится пробоподготовка) и чип анализируется согласно характеру отказа. В зависимости от типа дефекта для его локализации применяются различные методы. Соответствие между типом дефекта и применяемым методом приведены в табл. 1. И только затем выясняется механизм отказа и определяются корректирующие действия.

Рис. 2. Общий алгоритм процедуры анализа отказа

Процедура анализа отказов.png

Типы дефектов и методы локализации анализа отказов

Таблица 1. Методы локализации, применяемые для различных типов дефектов

Тип дефекта Методы локализации
Загрязнение, Посторонние частицы FIB/SEM, TEM/STEM, EDX, EELS
Резистивная перемычка, мостик DLS – LADA, SDL, RIL
Разрыв SLS - CV-OBIC, OBIRCH
Не корректная схема DLS – LADA, SDL, RIL
Отклонение от геометрии FIB/SEM, TEM, STEM
Полость SLS – NB –OBIC, SEI
Аномальный слой FIB/SEM, TEM, STEM, EDX,EELS
Нарушение барьерного слоя FIB/SEM, TEM, STEM, EDX,EELS
Дефектная поверхность контакта FIB/SEM, TEM, STEM, EDX,EELS, AES, XPS, TOF-SIMS
Утечка PEM, EBIC
Локальная концентрация легирующей примеси FIB/SEM, TEM, STEM, EDX,EELS, AES, XPS, TOF-SIMS
Дефект кристалла, Напряжение SLS – NB –OBIC, SEI
Короткое замыкание SLS - CV-OBIC, OBIRCH, TEA
Резистивный переход SLS - CV-OBIC, OBIRCH
Электро-миграция SLS - CV-OBIC, OBIRCH

Словарь терминов и определений по анализу отказов

SEM сканирующий электронный микроскоп
STEM сканирующая просвечивающая электронная микроскопия
TEM просвечивающая электронная микроскопия
EELS спектроскопия потеря энергии электронами
EBIC измерения тока, индуцированного электронным лучом
EDX энергодисперсионный анализ
X-Ray рентгеновский анализ
SAM акустическая микроскопия
IR инфракрасная спектроскопия
EBT тестирование электронным лучом
PEM фотоэмиссионный анализ
LSI определение логического состояния сигналов путем пассивного накопления эмиссии
EHR рекомбинация электронно-дырочных пар
HCL люминесценция горячих носителей
GOL утечка в подзатворном диэлектрике
TEA термоэмиссионный анализ
LSM конфокальная лазерная сканирующая микроскопия
LVP
измерение напряжения лазерным лучом
LVI визуализация контраста напряжения лазерным лучом
TRE эмиссионное зондирование с разрешением по времен
RIE реактивное ионное травление
FIB ионно-лучевая микроскопия
AFM атомно-силовая микроскопия
SPM сканирующая зондовая микроскопия
STM сканирующая туннельная микроскопия
SLS статическая лазерная стимуляция
OBIC измерение тока, индуцированного оптическим лучом при постоянном напряжении смещения
OBIRCH изменение сопротивления индуцированное оптическим лучом
SEI метод визуализации эффекта Зеебека
WDX волновой микроанализ
TOF-SIMS времяпролетная масс-спектроскопия вторичных ионов
D-SIMS динамическая масс-спектроскопия вторичных ионов
XPS рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

ВЫВОД:

Процесс изготовления полупроводниковой пластины включает сотни шагов с использованием различных типов материалов, что требует широкого диапазона знаний о процессах проектирования и производства. Если на каком-то этапе проектирования/производства происходит сбой, то найти причину отказа - это сложная процедура, которая требует знаний о современных методах исследований. Однако, проведение такой процедуры чрезвычайно необходимо, так как анализ отказов позволяет найти причину отказа, устранить ее, предотвратить сбой в работе микросхемы, откорректировать процесс производства, что в конечном итоге снижает выпуск бракованной продукции, снижает затраты производства и обеспечивает производство надежной микроэлектроники.

comments powered by HyperComments
Требуется консультация по анализу отказов?
Обращайтесь к нашим специалистам! Мы сориентируем  Вас по необходимым для Вас методикам, подберем оборудование для анализа отказов с учетом Вашего технологического процесса.
Присылайте Ваши вопросы на эл.почту dv@sernia.ru, тел. +7 495 204 13 17.