Физические методы исследования отказов Отказы изделий микроэлектроники

Физические методы исследования отказов Отказы изделий микроэлектроники

Технологический процесс изготовления ИС Подготовительны е операции Планарный процесс Сборочный процесс

Основные этапы технологических процессов планарный сборочный Окисление Скрайбирование Фотолитография Монтаж кристалла в корпус Легирование Металлизация Разварка выводов Герметизация

г д е

Выращивание эпитаксиального слоя пкремния на р-подложке 1 -ая ф. л. - формирование диффузионных базовых областей и карманов Диффузия бора 2 ая ф. л. - формирование диффузионных эмиттерных областей (п+) и областей под контакты к коллектору Диффузия фосфора 3 -я ф. л. – вскрытие контактных окон Напыление алюминия Отжиг алюминия 4 -я ф. л. по алюминию

Классификация отказов катастрофический Характер отказа(ФК) параметрический перемежающийс я Не подтвердившийся случайные По природе систематические внезапный Характер возникновения Причина возникновения постепеннный конструкционный производственный эксплуатационный Не подтвердившийся

Методы исследования брака и отказов мэи разрушающие неразрушающие Электрические Оптические Акустические Электронно оптические Рентгеновские

Методика физико технологического анализа отказов Функциональный контоль Рентген анализ ВАХ Норма Осмотр в оптическом микроскопе Локализация механическим или лазерным зондом Исследование в РЭМ Вскрытие корпуса анализ дефект ВЭ нет аномальн ая нет ПК, НТ Частные методики Доп. методы

Анализ ВАХ I Нормальная ВАХ р п перехода Обрыв U низкое напряжен ие пробоя Короткое замыкание Повышенный обратный ток

обрывы Причины Нарушение режимов эксплуатации Брак сборки Брак планарного процесса Технологические недоработки Конструкторские недоработки

Обрывы, связанные с корпусированием

Вид отказа механизм Причина Методы анализа Обрыв проволочного вывода Развитие механических напряжений Нарушение режима разварки Ренгеновские Стереомикрос копия, РЭМ Нарушение контакта кристалл корпус Некачественный монтаж кристалла Акустический Лазерно акустический Отрыв шарика Образование от контактной интерметаллическ площадки ой соединения алюминий золото Коррозия металлизации Нарушение режима разварки Некачественная герметизация РЭМ, рентгеновский микроанализ (РМА)

Рентгеновский анализ микросхемы в корпусе

Лазерный фотоакустический метод

РЭМ, режим ВЭЭ

Оптическая микроскопия

РМА (рентгеновский микроанализ)

Обрывы токоведущих цепей на кристалле Вид отказа механизм Причина Методы анализа Обрывы контактных соединений Уменьшение ширины токопроводящих дорожек Механич еские поврежд ения, дефекты фотолит ографии Механическая или лазерная локализация микроскопия, РЭМ (ВЭ, ПК) Коррозия металлизации Нарушен ие технолог ии Электромиграция алюминия Неправил ьная топологи я

Дефект фотолитографии Оптическая микроскопия коррозия РЭМ, режим ВЭЭ

Механическое повреждение дорожек металлизации РЭМ, режим ВЭЭ

Электромиграция металла

Обрывы токоведущих элементов в контактных окнах

Требования к контактам 1. высокая электропроводность, 2. высокая теплопроводность 3. механическая прочность материал контакта должен иметь: хорошую адгезию к кремнию и окислу, химическую инертность, устойчивость к воздействию окружающей среды; способность к образованию качественного омического контакта с кремнием п и р типов; отсутствие вредных интерметаллических соединений или проте кания реакций, разрушающих кремний в ; процессе обработки и эксплуа тации системы ;

Контроль контактов с помощью тестовых структур

крест

Цепочка контактов Si. O 2 п+-Si р-Si

Цепочка контактов Al-poli. Si Al ГФО poli. Si термический Si. O 2 Si

Методы исследования 1. ВАХ, измерение тестовых структур 2. Осмотр в оптический микроскоп 3. Исследование в РЭМ в режимах ВЭЭ, ПК, ОЭ 4. Послойное травление, повторение п. п. 2. 3 5. Измерение сопротивления контакта мягким зондом

I U

Фазовая диаграмма двухфазной системы

Растворимость кремния в алюминии при температуре эвтектики (5770 С) 1. 65% Температура вжигания 500 5500 С

РЭМ, ВЭЭ

Причины отсутствия взаимодействия: Низкое качество отмывки после соответствующих операций. Неполное стравливание окисла контактном окне. Неправильное проектирование технологического процесса напыления и отжига металлизации. Нарушение технологического процесса напыления и отжига алюминия.

Результаты конкретных анализов причин брака и отказов, выявленных не предприятиях электронной промышленности Обрывы по внешним выводам микросхемы ХХХ

РЭМ, режим ПК Статистический анализ результатов измерений: Количество обрывов По выводу 8 По выводу 2 По выводу 8 N 4 N 8 N

80% измеренных тестовых кристаллов имеют обрывы в цепи «крест Al Si*» и порядка 20% в цепочке контактов Al Si*. Измерение ВАХ – обрывы по выводам 2, 4, 8.

Al ГФО Si* Si. O 2 Si

Al ГФО Si* Si. O 2 Si

При указанной толщине алюминия, как показали расчеты, происходит полное растворение поликремния в алюминии, если в радиусе 30 мкм от Ко нет других источников кремния.

предложены возможные мероприятия по устранению данного вида брака. : Технологические решения Ввести фотолитографию до отжига алюминия. (? ) Ввести подпыление меди или поликремния в алюминиевую металлизацию. Конструкторские решения: Увеличить размеры одиночных контактных окон Al Si* Ввести топологические нормы на взаимное расположение контактов минимальных размеров.