抗輻射晶體管3DK9DRH的貯存失效分析
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2 晶體管3DK9DRH的失效分析
晶體管3DK9DRH的主要工藝流程是：經(jīng)過切片、研磨和拋光等過程后，制備成厚度大約為300～500μm的圓形硅片作為器件的襯底，隨后進(jìn)行外延生長、氧化、光刻、擴(kuò)散、蒸發(fā)、壓焊和多次硅片清洗，表面鈍化、最后進(jìn)行成品封裝。在本文中，晶體管3DK9DRH是1995年生產(chǎn)的，裝機(jī)后一直處于存儲狀態(tài)，每隔一個時期通一次電，最近通電發(fā)現(xiàn)晶體管失效，失效現(xiàn)象為集電極c和發(fā)射極e間的耐壓降低，飽和電壓與指標(biāo)不符。
將失效樣品標(biāo)號為10#，同時取同期生產(chǎn)的、不同期生產(chǎn)的6只同型號產(chǎn)品作為對比件，其中1995年生產(chǎn)的抗輻射產(chǎn)品標(biāo)號為1#，2#，3#，2003年生產(chǎn)的抗輻照產(chǎn)品標(biāo)號為7#，8#，9#。
首先對失效樣品和6只對比件進(jìn)行電性能測試。10#的Vces>1．024 V，hfe=9．4，BVcbo=91．1 V，BVceo=55．1 V，從數(shù)據(jù)可以看出10#樣品的飽和壓降嚴(yán)重超標(biāo)，并且放大倍數(shù)、c-b結(jié)耐壓、c-e結(jié)耐壓都超標(biāo)。1#～3#樣品的e—e，c—b同樣結(jié)耐壓超標(biāo)，3#樣品Iceo=8．86 μA，明顯看出c—e漏電流超標(biāo)。7#～9#樣品的c-b結(jié)耐壓超標(biāo)，7#～8#樣品的c—e結(jié)耐壓不合格；9#樣品的c—e結(jié)耐壓合格。
對1#～3#和10#樣品進(jìn)行了檢漏檢測，結(jié)果為3#粗檢漏、細(xì)檢漏都不合格，2#細(xì)檢漏不合格，1#和10#樣品粗檢漏、細(xì)檢漏都合格，需進(jìn)行下一步檢查。接著對1#和10#樣品進(jìn)內(nèi)部水汽檢測，結(jié)果10#樣品內(nèi)部水汽含量為3．65％，1#樣品內(nèi)部水汽含量為1．02％，一般要求水汽小于0．5％，因此兩者都不合格，10#更為嚴(yán)重。開封檢查發(fā)現(xiàn)，10#失效件內(nèi)部芯片表面有白毛。加工時尾絲長達(dá)160mm，而合格標(biāo)準(zhǔn)為120 mm。其余2#件尾絲為170 mm、3#件尾絲為160 mm，只有1#件鏡檢合格。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/189580.htm
對10#樣品(失效件)進(jìn)行掃描電鏡內(nèi)部成分分析，如圖2所示：取A，B，C，D四點(diǎn)進(jìn)行能譜成分分析，結(jié)果如圖3所示。從圖中看出失效件中存在鉀、鈦、氧、鐵、鈉、硅、金、硫等元素，而硫元素含量極高。
將失效分析過程匯總后，得到表2所示的結(jié)果。
通過上述分析可知，在電性能測試中：產(chǎn)品的耐壓BVcbo和BVceo基本上都達(dá)不到產(chǎn)品的指標(biāo)，失效器件的電性能不合格屬于功能失效。內(nèi)部水汽檢測說明該產(chǎn)品在生產(chǎn)封裝時沒有進(jìn)行內(nèi)部水汽控制。
而芯片表面長白毛一方面是因?yàn)閮?nèi)部水汽含量過高，另一方面根據(jù)對10#樣品進(jìn)行的掃描電鏡內(nèi)部成份分析得到的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)各采樣點(diǎn)硫元素的含量很高，產(chǎn)品內(nèi)部存在硫等物質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)生氧化腐蝕反應(yīng)。這表明該失效件在生產(chǎn)時的工藝存在問題，導(dǎo)致硫元素殘存量過高。
因此，分析認(rèn)為此次晶體管3DK9DRH的生產(chǎn)工藝存在問題，器件硫元素含量過高，再加之元器件內(nèi)部水汽未加以控制，在相當(dāng)一段貯存時間后，晶體管內(nèi)部發(fā)生氧化腐蝕反應(yīng)，致使該元件產(chǎn)生功能失效。
建議以后如果再發(fā)現(xiàn)同批次生產(chǎn)的3DK9DRH晶體也存在類似情況，有可能是生產(chǎn)工藝時存在問題，生產(chǎn)廠家有必要進(jìn)行工藝檢查。
3 結(jié)語
本文結(jié)合外部檢查、電性能測試、檢漏、內(nèi)部水汽檢測、開封檢查、內(nèi)部成份分析等失效分析項目，完成了對晶體管3DK9DRH進(jìn)行的一種貯存失效分析。該失效樣品在產(chǎn)生工藝過程中存在問題，未對水汽加以控制，導(dǎo)致內(nèi)部水汽超標(biāo)，加之晶體管工藝制造中引入了硫元素，內(nèi)部硫元素含量很高，在貯存期間器件發(fā)生內(nèi)部氧化腐蝕反應(yīng)，導(dǎo)致芯片表面長白毛。對此本文建議生產(chǎn)廠家進(jìn)行必要的工藝檢查，同時對內(nèi)部水汽加以控制，要及時剔除有缺陷的產(chǎn)品，減少系統(tǒng)試驗(yàn)和運(yùn)行工作時的故障，提高系統(tǒng)、設(shè)備的可靠性，避免不合格的貯存器件使用時造成災(zāi)難性的后果。
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