Зачем нужен анализ отказов в микроэлектронике

Анализ отказов полупроводниковых устройств необходим для выяснения причины отказов и обеспечения на основе этой информации оперативной обратной связи с этапами производства и проектирования. В связи с рыночными требованиями повышенной надёжности, а также разработкой устройств с более высокой степенью интеграции и бо¢льшими размерами чипа для анализа отказов требуются самые новые технологии.

Чтобы гарантировать надёжность, анализ должен быть «встроен» в устройство ещё на стадиях проектирования и производства, однако полностью избавиться от отказов в процессе производства и использования в полевых условиях невозможно. Для предотвращения повторного возникновения подобных сбоев должен быть выполнен анализ отказов.

Что такое анализ отказов

Анализ отказов 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 всё более сложным, отказы уже не ограничиваются отдельными компонентами, а превращаются в сложный отказ всей системы. Анализ отказов без учёта этих факторов может привести к ошибочным корректирующим действиям.

Анализ отказов – это исследование характера и механизма отказов с использованием оптических, электрических, физических и химических методик анализа. Прежде чем начать анализ, необходимо собрать подробную информацию об обстоятельствах и симптомах отказов. Сюда входит исследование изменений электрических характеристик и других предшествующих отказу данных, среды, условий нагрузки, монтажа и возможности человеческих ошибок. Анализ этих факторов позволит сделать предположение о потенциальном характере и механизме отказов. На основе этого предположения определяются наиболее подходящие методы и процедуры. Недостаточная информация относительно обстоятельств и симптомов отказов 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 рисунке 1 показана геометрическая градация отказов по размерности.

Процедура анализа отказов

Как уже было упомянуто, анализ отказов зависит от многих факторов. На рисунке 2 представлена общая процедура анализа отказов.


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 (соответствия между типами дефектов и применяемыми методами приведены в таблице 1, расшифровка методов представлена в таблице 2).

И только после осуществления этих действий выясняется механизм отказов и определяются корректирующие действия.

Выводы

Процесс изготовления полупроводниковой пластины включает сотни шагов с использованием различных типов материалов, что требует широкого диапазона знаний о процессах проектирования и производства. Если на каком­то этапе проектирования или производства происходит сбой, то поиск причины отказа является сложной процедурой, которая требует знаний о современных методах исследования. Однако проведение такой процедуры чрезвычайно важно, поскольку анализ отказов позволяет не только найти причины отказов и устранить их, но и предотвратить сбои в работе микросхемы, откорректировать процесс производства, что в конечном итоге снижает долю бракованной продукции, затраты производства и обеспечивает выпуск надёжной микроэлектроники.

Литература