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さみいさやま
5 years ago
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はじめに ~ 市場の動向 ~ カ-エレクトロニクス分野を中心にパワーデバイスのニーズに増加が見られる弊社の解析実施件数においてもパワーデバイスが増加傾向にある 2011 年度解析の比率 ( 約 1000 件 ) その他 5% 受動部品 11% LED 22% パワーデバイス 24% LSI/IC 38% 2013 年度解析の比率 ( 約 1500 件 ) 受動部品 10% LED 18%

2 はじめに ~ 市場の動向 ~ カ-エレクトロニクス分野を中心にパワーデバイスのニーズに増加が見られる弊社の解析実施件数においてもパワーデバイスが増加傾向にある 2011 年度解析の比率 ( 約 1000 件 ) その他 5% 受動部品 11% LED 22% パワーデバイス 24% LSI/IC 38% 2013 年度解析の比率 ( 約 1500 件 ) 受動部品 10% LED 18% その他 6% パワーデバイス 30% LSI/IC 36% パワーデバイスでは近年の省電力化や小型化を見据え次世代のデバイスとして SiC( シリコンカーバイド ) や GaN( 窒化ガリウム ) 等のワイドギャップ半導体を用いたデバイスが注目を集めているその中で今解析の需要が高まっているSiCについて信頼性向上に貢献すべく SiCデバイスの良品構造解析手法を開発したのでご紹介する良品構造解析とは? Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 2

3 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 3 はじめに ~ 良品構造解析 ~ 良品構造解析とは? 電子部品内部に存在する欠陥や不具合構造からの品質評価最適な手法での観察 ( 外観 X 線超音波表面断面など ) 欠陥の故障に至る可能性と重要度を判断製造品質の評価良品構造解析の用途例セットメーカ部品選定の判断 ( 信頼性試験の効率化簡略化 ) 部品の信頼性確認や改善要求 ( デバイスメーカに ) デバイスメーカ第三者による評価 ( 見逃している欠陥 ) 対象の電子部品 LSI,IC, パワーデバイス, 受動部品, 太陽電池,MEMS, その他 SiC について

4 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 4 はじめに ~SiC について ~ SiC の特徴 ~Si との比較 ~ 低損失, 高温動作 (SiC:300 >Si:175 ), 高耐圧, 高熱伝導省エネルギー冷却システムの小型化などのメリット SiC の課題製造側からの観点歩留まりが悪い ( 結晶欠陥 ) 解析の課題難エッチング性結晶欠陥 (1) 拡散層 (2) が検出できないエッチング以外の検出方法確立が必要高温動作の信頼性確認 (3) チップパッケージの評価が重要電気特性熱抵抗評価パッケージ構造の評価実装評価これらの 3 つの課題を解決し SiC デバイスの総合評価を可能としたどのように?

5 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 5 はじめに ~SiC について ~ 課題の克服 1 結晶欠陥の確認方法基板平面 TEM 検査結晶欠陥の平面分布状況を把握 2 拡散層の確認方法接合構造検査 SEM のチャージコントラストを利用 SCM では検査費用が高額となってしまう SCM(Scanning Capacitance Microscope; 走査型キャパシタタンス顕微鏡 ) 3 高温動作の信頼性確認方法熱抵抗評価パッケージ内部の熱抵抗を評価ワイヤ強度評価初期品質の強度を確認ダイシェア強度評価初期品質の強度を確認初期品質だけでなく高温高湿試験実施後に確認することにより信頼性評価が可能

6 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 6 SiC パワーデバイス良品構造解析の解析フロー Si に対する解析を基に SiC デバイス特有の問題に対応するため新たに検査項目を追加しております非破壊検査アセンブリ工程検査ウェハ工程検査電気特性検査熱抵抗測定外観検査 X 線検査超音波探査内部検査ワイヤ強度試験ダイシェア試験クレータリング検査パッケージ断面検査パッケージ樹脂熱分析チップ表面検査チップ断面検査 (SEM) 接合構造検査チップ断面検査 (TEM) 平面構造検査 (TEM) チップ界層検査データ解析報告

7 非破壊検査アセンブリ工程検査ウェハ工程検査 SiC デバイスの良品構造解析の検査項目一覧 No 検査項目使用装置検査対象検出される欠陥要因 ( 例 ) 1 電気的特性検査カーフトレーサ ON 抵抗, 耐圧, 容量スペックの確認 ( マージン不足 ) など 2 熱抵抗測定熱過渡測定器デバイスパッケージの熱特性構造関数 3 外観検査 OM パッケージ表面状態捺印捺印異常変色リード曲がりなど 4 透過 X 線検査 Xray パッケージ内部構造ワイヤ異常ボイド異物混入など 5 超音波探査 SAT パッケージ内部の密着状態境界面の剥離ボイドクラックなど 6 内部検査 OM パッケージ内部構造変色, クラック, ボイド, 異物混入ワイヤ異常など 7 ワイヤ強度試験マルチホントテスタワイヤプルおよびシェア強度接合強度部不足など 8 ダイシェア強度試験マルチホントテスタダイシェア強度接合強度部不足など 9 クレータリング検査 OM/SEM パッド下層部, パッシベーションパッド下層部の凹みおよびクラックパッシベーション膜および層間膜のクラックやピンホールなど 10 パッケージ断面検査 OM/SEM パッケージ内部構造ボイド剥離異物混入ワイヤ異常チップ接合異常など 11 チップ表面検査 OM パッシベーション配線変色, クラック, ボイド, 異物の存在など 12 断面 SEM 検査 SEM パッシベーション膜層間膜配線, ゲート電極, コンタクト等 13 接合構造検査 SEM 拡散層拡散異常 14 断面 TEM 検査 TEM 積層構造, 組成ゲート酸化膜, コンタクトなど 15 平面 TEM 検査 TEM 結晶欠陥結晶欠陥 16 界層解析検査 OM/SEM PV 膜層間絶縁膜配線, ゲート電極基板ボイド, 異物, カバレージクラック構造要因 ( 膜厚, ゲート長, コンタクト径他 ) ボイド, 異物, 結晶欠陥, 構造要因 ( 配線構造ゲート酸化膜厚他 ) ボイド, 異物, マスク不良アライメント不整合構造要因 ( 配線幅, 配線ピッチ, ゲートサイズ他 ) 使用装置略称 Xray:X 線検査装置,OM: 金属顕微鏡,SEM: 電子顕微鏡,TEM: 透過電子顕微鏡 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 7

8 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 8 検査事例 1. 電気的特性検査検査確認事項耐圧,ON 抵抗, 容量, 温度特性などの測定 ( スペックシートとの比較 ) 環境試験後の各特性値の変動を測定 3.5 Vth IGBT の tf( ターンオフ時間 ) 20-55deg Vg-Id Vth [V] VG VCE Id [A] deg 25deg 125deg 175deg 200deg 225deg 250deg 1.0 IC Temperature [deg] tf=23ns Vg [V]

Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 9 検査事例 2. 熱抵抗評価検査確認事項熱抵抗の製造品質を評価( バラツキ ) 放熱特性の確認( デバイスの選定 ) 信頼性試験後の特性劣化の確認ダイボンド部透過 X 線観察像 ( 例 ) 熱抵抗増加要因 ( ダイボンド中ボイド ) 素子構造例発熱チップ (PN 接合 ) 1.

9 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 9 検査事例 2. 熱抵抗評価検査確認事項熱抵抗の製造品質を評価( バラツキ ) 放熱特性の確認( デバイスの選定 ) 信頼性試験後の特性劣化の確認ダイボンド部透過 X 線観察像 ( 例 ) 熱抵抗増加要因 ( ダイボンド中ボイド ) 素子構造例発熱チップ (PN 接合 ) 1.E+05 ストレス印加前後比較例ダイボンドダイパッド 1.E+04 グリスヒートシンク 1.E+03 1.E+02 熱容量 [Ws/ ] チップ (PN 接合 ) 構造関数例ダイパッド測定系全体の熱抵抗グリスヒートシンクダイボンド熱抵抗 [ /W] Cth[Ws/K] 1.E+01 1.E+00 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 熱抵抗増加 ( ダイボンド ) Rth[K/W] ストレス印加前ストレス印加後 n=10

ダイボンド超音波チップダイパッド超音波探査像 ( 捺印面 ; 全体 ) 超音波探査像 ( 裏面

;5[kgf], プッシュ :10[kgf] 測定速度プル ;1[um/s]~50[mm/s]

14 検査事例検査確認事項ワイヤ強度測定( プルシェア ) ダイシェア強度測定信頼性試験後の強度確認 7. ワイヤ強度試験 2013 年 12 月新規導入測定方向 8. ダイシェア強度試験装置仕様最大測定強度 ( 測定精度 ;±0.075[%]) プル ;10[kgf], シェア ;200[kgf], ツィザー ;5[kgf], プッシュ :10[kgf] 測定速度プル ;1[um/s]~50[mm/s] シェア ;1[um/s]~50[mm/s] ダイシェア試験測定方向 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 14

15 検査事例 9. クレータリング検査検査確認事項クレータリング痕の有無クレータリング検査 ; ワイヤボンディングやプロ - ビング処理によりパッド下層へダメージが生じていないか確認を行う検査パッドメタルを薬液により除去し下層の表面状態を確認する電子顕微鏡像 ( クレータリング評価実施例 ; 正常 ) 光学像 ( クレータリング評価実施例 ; クレータリング痕有り ) Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 15

チップバックメタルダイボンドウェハコートチップ元素分析 ( 組成情報 ) 電子顕微鏡像 (3

16 検査事例 10. パッケージ断面検査検査確認事項モールド樹脂の密着性やボイドダイボンドやワイヤなどの接続状態リードダイパッド形成状態( 素材やメッキ ) などの内部構造を評価各部組成情報を取得 2 電子顕微鏡像 (1 部拡大 ) 電子顕微鏡像 (2 部拡大 ) モールド樹脂チップダイボンド 3 電子顕微鏡像ダイパッド 1 チップバックメタルダイボンドウェハコートチップ元素分析 ( 組成情報 ) 電子顕微鏡像 (3 部拡大 ) ダイボンドダイパッドのメッキダイパッド電子顕微鏡像アルミワイヤ ( ワイヤボンディング部 ) Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 16

19 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 19 検査事例 13. 接合構造検査検査確認事項拡散層( 接合 ) 領域の確認結晶欠陥が電気特性に与える影響を考察するために拡散層領域の確認は重要な評価事項である ~ これまで拡散層コントラストの加速電圧依存性の確認 ;SiCの拡散層確認はSCMにより実施 ~ 1SEMの観察条件により拡散コントラストの出現状況が異なる専用設備が必要 ( 費用増 ) SEMで観察できないか? 2SCMとSEMの拡散コントラストを比較 0.5kV SEM の拡散コントラストにより拡散層を確認可能 1kV 3kV 5kV 20kV 30kV SCM 像 (Scanning Capacitance Microscope; 走査型キャパシタタンス顕微鏡 ) 容量変動の計測から拡散層を可視化

24 Copyright 2014 Oki Engineering Co., Ltd. 24 まとめ SiC デバイスに対して良品解析により構造部の詳細な検査を実施いたしました SiC デバイス解析の特有の問題点を克服し欠陥が検出可能であることを確認いたしました良品解析を実施することで製品の作りこみ品質の評価が可能です SiC を新たに導入するに際して作り込み品質の詳細検査を行い品質管理指標の一つとされることをお薦めいたします

2015 OEG セミナー次世代パワーデバイスの評価解析 2015 年 7 月 14 日信頼性解析事業部解析センタ長谷川覚 Copyright 2015 Oki Engineering Co., Ltd.

2015 OEG セミナー次世代パワーデバイスの評価解析 2015 年 7 月 14 日信頼性解析事業部解析センタ長谷川覚 Copyright 2015 Oki Engineering Co., Ltd. 2015 OEG セミナー次世代パワーデバイスの評価解析 2015 年 7 月 14 日信頼性解析事業部解析センタ長谷川覚 Copyright 2015 Oki Engineering Co., Ltd. 目次 1. 次世代パワーデバイス評価解析の背景はじめに良品解析とは良品解析から劣化を考慮した良品解析へ 2. SiC デバイスの劣化を考慮した良品解析 ( 加速試験による劣化を考慮した