1.微波單片集成電路

隨著半導(dǎo)體外延技術(shù)和微波單片電路工藝的持續(xù)進(jìn)步，微波單片集成電路正朝著高頻、多功能和高集成度的方向發(fā)展。這種技術(shù)使得多種功能，如數(shù)控開關(guān)、低噪聲放大器、移相器、衰減器和功率放大器等，能夠集成在單一芯片上，從而顯著減小系統(tǒng)體積、降低成本并提高產(chǎn)品可靠性。

目前，大多數(shù)微波毫米波多功能芯片主要采用GaAs偽配高電子遷移率晶體管（pHEMT）工藝制造，但關(guān)于GaAs pHEMT MMIC的失效分析主要集中在功放芯片、開關(guān)芯片等單一功能芯片上，而多功能芯片的失效分析相對較少。

芯片電路圖

2.數(shù)字工藝

其中一款GaAs 0.25μm pHEMT E/D工藝的數(shù)字移相衰減多功能芯片的失效情況進(jìn)行了深入分析，研究了失效機(jī)理，并提出了相應(yīng)的工藝制程改進(jìn)方案。該芯片集成了六位數(shù)字移相通道、四位衰減通道、吸收式單雙擲開關(guān)及串口數(shù)字驅(qū)動電路，采用TTL控制信號，通過背孔方式接地。在使用過程中，該芯片出現(xiàn)了90°移相通道無法恢復(fù)的故障，即90°態(tài)翻轉(zhuǎn)后不恢復(fù)，始終處于開啟狀態(tài)。

3.初步定位

通過對故障芯片的初步定位和EMMI測試，發(fā)現(xiàn)故障件和正常件在90°移相通道的數(shù)字部分有源區(qū)存在明顯差異，表明數(shù)字部分出現(xiàn)故障，導(dǎo)致微波電路部分持續(xù)處于90°移相開啟狀態(tài)。進(jìn)一步的失效管芯結(jié)構(gòu)分析顯示，失效管芯下方存在裂紋，裂紋延伸至導(dǎo)電溝道，導(dǎo)致器件導(dǎo)電溝道斷路。裂紋下方觀察到形狀不規(guī)則的孔洞，孔洞附近有金屬出現(xiàn)，能譜測試為金元素，表明故障芯片在背孔工藝中出現(xiàn)了多余的刻蝕孔。

90°移相通道小信號測試結(jié)果

4.失效機(jī)理分析

芯片背面多余的孔洞可能是由于堅膜溫箱內(nèi)的溫度不均勻所致，導(dǎo)致光刻膠的溶劑揮發(fā)速率不一致，局部形成氣泡，刻蝕背孔時將氣泡位置的光刻膠刻透，形成多余孔洞。這些孔洞在共晶燒結(jié)過程中，由于鍍金層與襯底材料以及雜質(zhì)與襯底材料的熱失配，會在一些位置集中釋放，導(dǎo)致襯底中產(chǎn)生裂紋，并延展至器件工作區(qū)域，發(fā)生斷路。

T7管芯FIB剖面分析

5.總結(jié)

為了改進(jìn)工藝，提出了在光刻膠堅膜后添加鏡檢步驟，記錄下氣泡的坐標(biāo)，背面刻蝕后對記錄的坐標(biāo)位置進(jìn)行高倍鏡檢，標(biāo)記存在多余孔洞的芯片以供后續(xù)剔除。此外，也在研究通過改進(jìn)堅膜工藝來杜絕背面工藝光刻膠氣泡的發(fā)生。通過GaAs多功能芯片的失效分析，揭示了芯片失效的機(jī)理，并提出了針對性的工藝改進(jìn)措施，以提高芯片的可靠性和性能。