半导体器件失效分析与检测

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摘 要：半导体元件的失效将直接影响相关产品的正常使用，文章主要就对半导体器件的失效原因进行了细致地分析并提出了几种检测的方法，供相关人士借鉴。

        关键词：半导体；器件；失效分析；检测

        1 半导体器件失效分析

        通过分析可知造成半导体器件失效的因素有很多，我们主要从几个方面进阐述。

        1.1 金属化与器件失效

        环境应力对半导体器件或集成电路可靠性的影响很大。金属化及其键合处就是一个不容忽视的失效源。迄今，大多数半导体器件平面工艺都采用二氧化硅作为掩膜钝化层。为在芯片上实现互连，往往在开窗口的二氧化硅层上淀积铝膜即金属化。

        从物理、化学角度分析，金属化失效机理大体包括膜层张力、内聚力、机械疲劳、退火效应、杂质效应及电迁移等。

        1.2 晶体缺陷与器件失效

        晶体缺陷导致器件失效的机理十分复杂，有些问题至今尚不清楚。晶体缺陷分晶体材料固有缺陷（如微缺陷）和二次缺陷两类。后者是在器件制造过程中，由于氧化、扩散等热处理后出现或增殖的大量缺陷。两种缺陷或者彼此相互作用，都将导致器件性能的退化。二次击穿就是晶体缺陷招来的严重后果。

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2021-10-25 15:50 上传

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 这种缺陷有的是在晶体生长过程中形成的（原生位错），有的是在器件工艺中引入的（诱生位错）。位错易沿位错线加速扩散和析出，间接地促成器件劣化。事实证明，外表杂质原子（包括施主和受主）沿位错边缘的扩散比在完美晶体内快很多，其结果往往使P-N结的结平面不平整甚至穿通。鉴于位错具有“吸除效应”，对点缺陷如杂质原子、点阵空位、间隙原子等起到内部吸收的作用，故适量的位错反而对器件生产有利。

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二次缺陷。它是在器件工艺过程中引入的，直接威胁着产品的成品率。常见的二次缺陷有失配位错、滑移位错及氧化层错。失配位错往往会导致浅结NPN管基区前沿下沉，最终影响器件截止频率和噪声系数。滑移位错除引起结特性变软外，还会导致穿通。

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这种检测技术是一种当前使用范围非常广泛的方法，主要被应用于检测有源半导体元器件内部的工作情况。采用这种方法不仅不会对器件造成损害，还能够检测出元器件晶体管内部的直流增减变化，同时能够探测术器件的内部温度，进而确定出集成电路内部的工作状态，此外，还能够实现对倒焊器件的检测，简单的说就是通过芯片背面就能够直接检测出电路的工作情况，通过具体的图形分析出检测结果。随着社会上对集成电路的需求量不断增加，生产出无缺陷的集成电路成为了相关企业的重要目标。但是当前采用哪种常规的检测方式都不能够满足相应的质量要求。