電子部品の故障解析
電子部品の故障解析を実行するためには、いくつかの高度な解析試験技術と機器が必要です。
1光学顕微鏡解析技術
光学顕微鏡分析技術には、主に立体顕微鏡および金属組織顕微鏡が含まれる。
実体顕微鏡の倍率は小さいですが、被写界深度は広くなります。金属顕微鏡の倍率は数十倍から千倍以上と大きいが、被写界深度は小さい。これら2つの顕微鏡を一緒に使用すると、デバイスの外観、および障害サイトの表面形状、分布、サイズ、構成、構造、および応力を確認できます。例えば、チップのバーンアウトおよび破壊、ワイヤボンディング、基板の亀裂、汚染、引っかき傷、酸化物層の欠陥、金属層の腐食などを観察するために使用される。顕微鏡には、明視野、暗視野、微分干渉位相差、偏光などの表示方法をさまざまなニーズに合わせて提供する補助装置を装備することもできます。
2赤外線分析技術
赤外顕微鏡の構造は金属顕微鏡のそれと同様である。しかしながら、それは近赤外（波長０．１７５〜３ミクロン）光源を使用し、赤外画像管によって画像化される。ゲルマニウムおよびシリコンなどの半導体材料ならびに薄い金属層は、赤外線に対して透明である。それにより、デバイスを切断することなくチップはチップ内部の欠陥やはんだ付け状態も観察することができます。プラスチックパッケージ半導体デバイスの故障解析にも特に適しています。
赤外線顕微鏡検査は、赤外線顕微鏡検査を使用してマイクロ電子デバイスの小さな領域の高精度非接触温度測定のための方法です。デバイスの動作と故障は熱的影響によって反映されます。不適切なデバイス設計、材料の欠陥、プロセスエラーなどにより、局所的な温度上昇が発生します。ホットスポットはミクロンと同じくらい小さいかもしれません、それで温度測定は小さい領域のためでなければなりません。装置の動作や電気的特性に影響を与えないためには、測定は非接触でなければなりません。ホットスポットを見つけ、非接触で高精度に温度を測定することは、製品設計、プロセス制御、故障解析、および信頼性検査にとって非常に重要です。
赤外線カメラは、表面の各点の温度を測定し、試料表面の温度分布を測定する非接触温度測定技術です。
赤外線カメラは振動や鏡などの光学系で試料を高速で走査し、試料表面の各点からの熱輻射を検出器に集光して電気信号とします。白黒またはカラー画像表面のさまざまな点で温度を分析するために使用されます。
3音響顕微鏡分析
超音波は、金属、セラミック、プラスチックなどの均質材料で伝送することができます。材料の表面および下面の超音波検査は、多層構造の完全性などの巨視的欠陥を検出することができる。超音波は、欠陥を検出し、故障解析を実行するための非常に効果的な手段です。超音波検査と高度な光、機械および電気技術とを組み合わせて、光学顕微鏡では見ることができないサンプルの内部状態を観察するために使用でき、Xでは得られない高いコントラストを提供できる音響顕微鏡分析技術も開発します。 X線透視法画像は非破壊分析に適用することができます。
4液晶ホットスポット検出技術
上述したように、ホットスポット検出は半導体装置の故障解析において有効な手段である。
液晶は液体ですが、相転移温度より低い温度では液晶になります。
結晶は異方性を示します。加熱されて温度が相転移温度よりも高い場合、それは等方性液体になる。この性質を利用して、直交偏光下で液晶の相転移点を観察してホットスポットを見つけることができる。
液晶ホットスポット検出装置は、偏光顕微鏡、温度可変試料台、および試料の電気バイアス制御回路から構成されている。
液晶ホットスポット検出技術を使用して、ピンホールやホットスポットなどの欠陥をチェックすることができます。酸化物層にピンホールが存在すると、その上の金属層とその下の半導体とが短絡し、電気特性が劣化したり故障したりすることがある。試験するチューブの表面に液晶を塗布してから、加熱ステージにサンプルを置きます。チューブの酸化物層にピンホールがあると、リーク電流が発生して熱が発生するため、この時点で温度が上昇し、偏光が利用されます。光学顕微鏡下で、ホットスポットと周囲の色との間の差を観察して、デバイス上のホットスポットの位置を決定することができる。
低消費電力のため、この方法は高感度および高空間分解能を有する。
5光学放射顕微鏡技術
半導体材料が電界によって励起されると、キャリアはエネルギー準位間を遷移して光子を放出する。半導体デバイスおよび集積回路における光放射は、３つのカテゴリに分類することができる。１つは、少数がｐｎ接合に注入される複合放射、すなわち、不平衡少数キャリアが障壁に注入され、多数キャリアと結合されることである。光子を放出する。第二に、電場はキャリアの発光を加速させる、すなわち、強い電場の作用下で発生した高速移動キャリアは、格子上の原子と衝突してそれらをイオン化させて発光させる。三つ目は光の媒体です。強い電界の下で、トンネル電流が二酸化ケイ素または窒化ケイ素のような誘電体膜を通って流れるとき、光子放出が起こる。
光放射顕微鏡は、信号対雑音比を向上させるためのデジタル画像技術と組み合わせて、6桁の桁で光子検出感度を高めるために、低光検出技術を使用しています。
1990年代以降、検出された光放射のスペクトル分析機能が光放射の種類と性質を決定するために追加されました。
光学放射顕微鏡法を実施するために、最初に、試料の実時間画像検出を外部光源の下で実施し、次いで不透明な遮蔽箱内で試料の光学放射を検出するためにその部分にバイアスを印加する。
半導体装置では、一定の強度の電界の作用下で様々な種類の欠陥や損傷が漏電を引き起こす可能性があり、キャリアのジャンプを伴うことで光放射が発生する可能性がある。不良箇所の位置決め現在、光学放射顕微鏡技術によって検出できる欠陥および損傷の種類には、リーク接合、コンタクトスパイク、酸化欠陥、ゲートピンホール、静電破壊、ラッチアップ効果、ホットキャリア、飽和トランジスタ、およびスイッチングトランジスタが含まれる。などなど。
6微量分析テクノロジー
微量分析は、電子部品の詳細な分析のための技術です。構成要素の破損は、使用される材料の化学組成、デバイスの構造、およびマイクロドメインの形態に直接関係しています。故障は、プロセス制御の変動や精度、材料の安定性、さまざまな材料の物理的および化学的特性など、さまざまな要因にも関係しています。上記の技術に加えて、故障の原因、メカニズム、およびモードを深く理解し、研究するためには、関連する微小領域を明確にし、有益な情報を入手する必要があります。
部品に使用される材料の多様化、プロセスの複雑さと洗練、そして寸法の小型化に伴い、微量分析の要求はますます緊急になっています。この技術は信頼性と故障解析のために海外で広く使われています。改革開放以来、中国は多数の大規模分析試験機器を導入し、ミクロ分析を実施するための条件を完全に満たしてきた。
微量分析技術は、電子、イオン、光子、レーザービーム、Ｘ線および核放射を使用して分析すべき試料に作用し、そして試料を励起して電子、イオン、光子などを放出し、そしてそれらのエネルギーを測定するための高性能機器を使用する。試料の組成、構造などを分析するためには、空間分布などの情報が用いられる。
微量分析作業の最初のステップは、形状を確認し、デバイスのグラフィック、ラインワーク、および位置ずれを確認することです。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および透過型電子顕微鏡（ＳＴＭ）を用いてこれを観察することができる。 ＳＴＭは数十万倍に増幅することができ、ほとんど原子を分解することができる。
構成要素を作るために使用される材料を理解するために、それらはオージェ電子分光法（ＡＥＳ）、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）およびＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）のような機器によって検出され得る。 Ｘ線エネルギースペクトルまたはＳＥＭおよびＳＴＭに付けられたスペクトルを組成分析に使用することも可能である。 AESは表面上の成分の分布も示します。部品の深さ分布を理解するために、AESやXPSのような機器にもイオンガンがあり、部品が深さに従ってどのように分布しているかを知るために、イオンエッチングによって部品をテストします。より高い横方向分解能、ＡＥＳ試験、電子ビームの焦点スポットを得るために、そして小さいスポットのＸＰＳを使用すべきである。
電子部品に使用される材料は、軽元素から金、プラチナ、タングステンなどの重元素まで多岐にわたります。さまざまな機器を使用してさまざまな元素を検出することがよくあります。 AESを使用して軽元素を検出すると、感度が低下します。
デバイス検出の重要な側面は、基板の結晶配向の理解、膜が単結晶か多結晶かの検出、多結晶の優先配向、グレインサイズこの情報は主にＸ線回折（ＸＲＤ）装置によって得られる。ターゲットX線回折計は強いX線を放出します。これは構造検出のための非常に敏感な機器です。 ＳＥＭおよびＳＴＭはまた、フィルムの粒子を観察するなどの形態を観察しながら結晶構造に関する情報を得ることができる。通常のX線回折よりも感度の高いSTMでの電子回折にも使用できます。
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