微波半导体器件可靠性的电子显微分析

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1、摘要随着现代电子技术的发展，电子整机系统的工作频率越来越高，微波半导体器件在各领域的应用日益广泛，而在使用过程中出现的质量问题和可靠性问题也日益增多，有些已造成了生产方和使用方的巨大经济损失，直接影响了整机系统的可靠性。在这种趋势下，如何进一步改善和提高微波半导体器件的可靠性水平已经成为一个不容忽视的问题，并得到越来越普遍的重视。本论文采用扫描电子显微镜和电子探针能谱仪为主要的研究手段，研究了微波半导体器件的失效分析方法，对微波半导体器件的金铝键合进行了可靠性试验，对肖特基二极管的工艺流程进行监控，对失效的

2、微波半导体器件进行了分析，综合运用电子显微分析方法，找出了失效原因并提出改进措施，取得了如下的成果。(1)分析样品的制备：样品的制备应根据试验目的的不同而方法各异，导电性不好的样品，如果观察的重点是元素的组成应选择喷碳；如果观测的重点是二次电子形貌像则应喷金，同时喷镀的时间根据样品表面的平整度和放大倍数不同而各异。开封检测时应根据样品的特性选择不同的腐蚀液。(2)扫描电子显微镜二次电子图像质量的提高：针对不同的样品，采用各自适当的加速电压；对于高倍观察，宜选择较小的束斑尺寸而低倍观察则恰好相反；可以通过导电

3、法、降低电压法和快速观测法来减少荷电效应，由多个影响因素的联合调节才可获得最清晰的二次电子像。(3)电子探针能谱定量分析结果的改进：对样品分析时要选择合适的加速电压，分析微区和收集时间，同时避免点分析引入碳污染；能谱分析时都需要校准，根据样品的不同选择不同的校准样品，使得感兴趣区域能够覆盖所有的谱峰；运用可视化峰剥离技术能较快识别出重叠谱峰，得到准确的定量分析结果。(4)微波半导体器件金铝键合可靠性的研究：通过样品的制备、剪切力测试、切片分析和电子显微分析证实了金属间化合物的消长及空洞的形成机制；剪切力强度

4、的退化和形成空洞的程度有密切的关系；空洞的产生，会造成键合点的退化，使Kirkendall空洞加剧，形成裂痕，导致Au，wire与A1．pad分离而失效；高温存储释放出卤族元素离子形成不稳定铝的卤化物，在Au与Au．AI共晶层间的内表面形成空洞，导致焊点脆弱或开路，塑封料的元素构成也是导致器件失效的原因之一。(5)微波半导体器件失效样品的案例分析：从理论和工艺两个方面对器件失效摘要的主要因素进行了探讨，总结归纳了微波半导体器件的主要失效原因以及产生这些失效原因的机理，在此基础上，针对反映出的问题提出了切实可

5、行的改进措施。关键词：器件，可靠性，失效分析，扫描电镜，电子探针能谱仪IIABSTRACTWiththedevelopmentofmodemelectronictechnologyandthehighfrequencyoftheworkofelectronicmachinesystems，thequalityandreliabilityofmicrowavesemiconductorsdeclinethereliabilityofelectronicmachinesystemsandleadagreatec

6、onomiclossesboththesuppliesanddemands．Howtofurtherimproveandstrengthenmicrowavesemiconductorsreliabilityhasalreadybecomeacriticalquestionreceivingever-increasingemphasis．ThispaperusesascanningelectronicmicroscopeandanelectronprobeasthepfinCipalresearchmeth

7、odforconductinganelectronmicroscopyanalysisofmicrowavesemiconductorsreliabilityandhavefoundthefollowingresults：(1)ThepreparationmethodforthereliabilitysampleanalysisofmicrowavesemiconductorsWasconductedbydifferentexperimentalgoalsandvariousmethods．itshould

8、choosecaIrbonIftheobservedmajorityiscomposedofanelement,orchooseAuwhentheobservedmajorityissecond-timeelectronmierograph，platingaccordingtothedifferentandvariousdegreesofsmoothnessandgrowthmultiplesofthesampl