半導體器件的技術分析與檢測

李新霞

[摘要]在半導體器件的技術應用中，半導體器件的失效會對相關產品的正常使用造成相應的影響。本文結合作者工作實踐，針對半導體器件工作失效的原因，以及造成的失效進行技術分析并且總結了幾種檢測方法。以供同仁參考。

[關鍵詞]半導體器件;失效;檢測

1.半導體器件失效技術分析

半導體失效的原因有好多種，通過工作中的實踐總結，以下我們對其原因從幾方面盡心分析。

1.1金屬化與器件失效

半導體器件或集成電路穩定可靠性受周邊環境應力的影響很大。金屬化及其鍵合處就是最重要的一個不容忽視的造成半導體器件失效的原因。到目前為止，大部分的半導體器件平面處理工藝都采用二氧化硅的掩膜鈍化層。為了在芯片上實現真正互連，就會在開窗口的二氧化硅層處理層上淀積鋁膜，這就是所謂的金屬化。半導體器件失效的機理從物理、化學的角度進行分析，主要包括一膜層張力、二內聚力、三機械疲勞、四退火效應、五雜質效、六電遷移幾種因素。

1.2晶體的缺陷與半導體器件失效

由于晶體缺陷而導致的器件失效的機理相當復雜，到目前還有些問題解釋不清楚，晶體缺陷分為晶體材料固有缺陷和二次缺陷兩類。二次缺陷是在半導體器件在制造過程中，由于氧化過程或者熱處理過程中出現的器件缺陷。

1.2.1位錯

造成晶體缺陷主要是指晶體形成過程中造成的位錯，還有的原因是半導體晶體器件在工藝中造成的位錯。晶體位錯使得位錯沿位錯線擴散和析出加劇，從而造成晶體半導體器件劣化。在實際經驗中，晶體位錯沿位錯邊緣驚醒的擴散比完美半導體晶體快的更多，直接造成的后果就是半導體晶體界面不平整或者造成穿通現象。位錯所具有的“吸除效應”，對點缺陷引起的內部吸收的作用，反而使得半導體晶體的適量位錯對半導體器件生產更有利。

1.2.2沉淀物

除位錯造成不均勻摻雜外，外界雜質沾污也會帶來嚴重后果，特別是重金屬沾污，在半導體工藝中是經常發生的。如果這些金屬雜質存在于固溶體內，其危害相對小一些;但是，一旦在P-N結處形成沉積物，則會產生嚴重失效，使反向漏電增大，甚至達到破壞的程度。沉積需要成核中心，而位錯恰恰提供了這種中心。硅中的二次孿生晶界為沉積提供了有利的成核場所，所以具有這種晶界的二極管，其特性明顯變軟。

1.2.3二次缺陷。二次缺陷是半導體器件工藝生產過程中造成的，二次缺陷直接威脅著半導體晶體器件產品的成品率。二次缺陷有失配位錯、滑移位錯及氧化層錯。失配位錯往往會導致淺結NPN管基區前沿下沉，最終影響器件截止頻率和噪聲系數?；莆诲e除引起結特性變軟外，還會導致穿通。

2.半導體器件失效檢測法

半導體器件失效的原因主要檢測方法可以分為兩類：一、破壞性的檢測方法，主要是指打開器件的裝備所進行的檢測;二、非破壞性的原因檢測方法，就是對器件不進行物理性的破壞下進行的檢測。但是，這種非破壞性檢測也可能會或多或少的對元器件檢測造成一定的傷害，在性能數據上也會發生一些改變。因此進行失效檢測必須做好相關準備事宜，按照操作流程進行操作。

2.1破壞性檢驗法

2.1.1光學檢測

在實際工作中，由于半導體晶體元器件自身電路短路造成的晶體器件失效，這種原因造成的器件失效通過肉眼很難發現。所以需要我們采用光學的檢測方法進行檢測，已達到檢查缺陷，找出原因并得到及時的修復。

2.1.2電子顯微鏡檢驗

從光學可見波長方面來說，電子顯微鏡的分辨率已經接近于光學顯微鏡分辨率的極限。目前能夠聚焦X射線的顯微鏡還不能夠實現放大兩百倍以上。為了能準確的查找出半導體元器件上失效的電學不穩定因素，我們可以通過使用透射式電子顯微鏡來進行檢測從而發現半導體器件中的問題。但這種檢測技術通常是通過制作一種很薄的樣片，來進行技術分析，最終找到器件失效的原因。直接后果是這種減薄處理很容易造成對被檢測器件的破壞，因此在進行失效檢測技術分析時因僅限于觀察晶體缺陷，以減少的器件的傷害。

2.1.3化學檢測

采用這種檢測方法不僅能夠檢測半導體元器件的污染情況還能夠具體地分析元器件材料，同時還能夠通過染色方法觀看其可見度的方式來檢查針孔是否出現問題。例如，我們把染色的晶片經過漂洗，已經滲透到裂紋中的染料就會流出來，我們通常把這種裂紋區著色叫做染色法，主要是通過不同的裂紋區域會有不同的棕色，然后通過施加一定的電壓，就非常容易看到一些形式的裂紋區。這主要是因為這些缺陷導致器件表面形成了很明顯的差異，所以通過著色法就能夠使其表現出不同深度的棕色。這種檢測方法必須由專門的工作人員操作，所以限制了這種方法的應用和發展。

2.2非破壞性檢測

現代生活中，在絕大多數的電子產品中半導體器件是最重要的組成部分，產品質量的運行可靠性是生產廠家以及消費者共同的要求。以前那種十分復雜或者帶有破壞性的檢測方法就不能滿足當前的需要。我們需要有更經濟更快捷的檢測方法。現在應用的是快速自動檢測方法，這種方法基本上能滿足生產線環節的測試工作。對于半導體晶體器件失效的檢測，非破壞的檢測中有許多種檢測方法，并且實踐中檢測效果很好。主要非破壞性檢測常見方法如下幾種。

2.2.1俄歇電子能譜分析

這種分析方法主要是通過使用小于一千伏的低能電子束對靶材料進行不同能量的二次電子，通過能量分析這些二次電子能夠獲得一些能量的分布曲線，再通過這些曲線能夠得出一系列的能譜，在能譜中能夠直觀的反映出某些元素的存在。同時能夠根據峰值的強度測出不同元素的含量，這種檢測數據主要來自被檢測器件的表面原子層，進而分析出半導體表面的組成。這種分析方法是一種具有速度快、穩定性好的非破壞性檢測方法。在進行元器件失效分析過程中，這種一起能夠通過半導體元器件表面的狀態分析出半導體器件失效的原因。此外，使用這種方法不僅能夠對半導體元件做出精度的深度成分分析，還能夠測試出器件損壞的原理。

2.2.2激光掃描分析

此中檢測是現在最經常應用的檢測方法，用于檢測半導體器件的實際工作狀況的。這種檢測方法對半導體器件不會造成傷害，同時還能檢測出集成電路的內部工作狀態、以及半導體器件晶體管的直流增減變化情況、同時還能檢測到器件的運行溫度變化情況。能夠實現對器件的檢測，簡而言之就是通過半導體器件芯片背面就能夠對電路的工作情況進行檢測，通過具體數據與圖形分析出檢測的結果。為了滿足市場對集成電路的需求，制造出令人滿意的集成電路產品是我們共同的目標。

參考文獻

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