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，隨后進行外延生長、氧化、光刻、擴散、蒸發(fā)、壓焊和多次硅片清洗，表面鈍化、最后進行成品封裝。在本文中，晶體管3DK9DRH是1995年生產的，裝機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，飽和電壓與指標不符。
將失效樣品標號為10#，同時取同期生產的、不同期生產的6只同型號產品作為對比件，其中1995年生產的抗輻射產品標號為1#，2#，3#，2003年生產的抗輻照產品標號為7#，8#，9#。
首先對失效樣品和6只對比件進行電性能測試。10#的Vces>1．024 V，hfe=9．4，BVcbo=91．1 V，BVceo=55．1 V，從數據可以看出10#樣品的飽和壓降嚴重超標，并且放大倍數、c-b結耐壓、c-e結耐壓都超標。1#～3#樣品的e—e，c—b同樣結耐壓超標，3#樣品Iceo=8．86 μA，明顯看出c—e漏電流超標。7#～9#樣品的c-b結耐壓超標，7#～8#樣品的c—e結耐壓不合格；9#樣品的c—e結耐壓合格。
對1#～3#和10#樣品進行了檢漏檢測，結果為3#粗檢漏、細檢漏都不合格，2#細檢漏不合格，1#和10#樣品粗檢漏、細檢漏都合格，需進行下一步檢查。接著對1#和10#樣品進內部水汽檢測，結果10#樣品內部水汽含量為3．65％，1#樣品內部水汽含量為1．02％，一般要求水汽小于0．5％，因此兩者都不合格，10#更為嚴重。開封檢查發(fā)現(xiàn)，10#失效件內部芯片表面有白毛。加工時尾絲長達160mm，而合格標準為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.2s4d.com/article/189580.htm
對10#樣品(失效件)進行掃描電鏡內部成分分析，如圖2所示：取A，B，C，D四點進行能譜成分分析，結果如圖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所示的結果。
通過上述分析可知，在電性能測試中：產品的耐壓BVcbo和BVceo基本上都達不到產品的指標，失效器件的電性能不合格屬于功能失效。內部水汽檢測說明該產品在生產封裝時沒有進行內部水汽控制。
而芯片表面長白毛一方面是因為內部水汽含量過高，另一方面根據對10#樣品進行的掃描電鏡內部成份分析得到的數據分析，發(fā)現(xiàn)各采樣點硫元素的含量很高，產品內部存在硫等物質，導致產生氧化腐蝕反應。這表明該失效件在生產時的工藝存在問題，導致硫元素殘存量過高。
因此，分析認為此次晶體管3DK9DRH的生產工藝存在問題，器件硫元素含量過高，再加之元器件內部水汽未加以控制，在相當一段貯存時間后，晶體管內部發(fā)生氧化腐蝕反應，致使該元件產生功能失效。
建議以后如果再發(fā)現(xiàn)同批次生產的3DK9DRH晶體也存在類似情況，有可能是生產工藝時存在問題，生產廠家有必要進行工藝檢查。
3 結語
本文結合外部檢查、電性能測試、檢漏、內部水汽檢測、開封檢查、內部成份分析等失效分析項目，完成了對晶體管3DK9DRH進行的一種貯存失效分析。該失效樣品在產生工藝過程中存在問題，未對水汽加以控制，導致內部水汽超標，加之晶體管工藝制造中引入了硫元素，內部硫元素含量很高，在貯存期間器件發(fā)生內部氧化腐蝕反應，導致芯片表面長白毛。對此本文建議生產廠家進行必要的工藝檢查，同時對內部水汽加以控制，要及時剔除有缺陷的產品，減少系統(tǒng)試驗和運行工作時的故障，提高系統(tǒng)、設備的可靠性，避免不合格的貯存器件使用時造成災難性的后果。
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