СПОСОБ РАЗБРАКОВКИ ИС Российский патент 1999 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к области производства и эксплуатации интегральных схем (ИС) и может быть использовано для их разбраковки по критериям: потенциальная надежность и контроль качества ИС, а также для повышения достоверности других способов разбраковки как в процессе производства, так и на входном контроле на предприятиях-производителях ИС.

Известны схемы разбраковки ИС с использованием различных внешних воздействий (высокой температуры, электрических нагрузок и т.п.), основанные на нагреве, охлаждении объекта испытаний, пропускании электрического тока, с последующим измерением параметров [1, 2, 3]. Недостатком данных способов являются внесение в ИС неконтролируемых дефектов, сложность и энергоемкость аппаратуры испытаний.

Наиболее близким аналогом является способ определения потенциальной надежности, основанный на различиях в температурных зависимостях критического напряжения питания (КНП) при нагревании и охлаждении ИС [4]. У ИС, имеющих дефекты полупроводниковой структуры, температурная зависимость КНП меняется также после проведения ряда термоциклов. Так, после 7 термоциклов площадь петли гистерезиса для таких ИС заметно возрастает. Недостатками данного способа являются отсутствие четких критериев разбраковки из-за чрезвычайной трудоемкости расчета площадей петель гистерезиса, а также факт, что способ позволяет проводить разбраковку ограниченного числа ИС.

Изобретение направлено на усовершенствование процесса разбраковки ИС за счет повышения достоверности существующих диагностических методов и увеличения их чувствительности к внутренним дефектам ИС без внесения неконтролируемых дефектов с использованием программного средства на ПЭВМ.

Это достигается тем, что для каждого типа объектов испытаний рассчитывают кривую эталонной температурной зависимости критического напряжения питания и по величине расхождения температурных зависимостей исследуемой ИС и эталона определяют критерии разбраковки ИС.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена температурная зависимость КНП, на фиг. 2 приведена таблица комплексных результатов анализа потенциальной надежности.

Для разбраковки ИС нами предложен способ, включающий в себя 2 этапа.

Этап 1 (предварительное определение потенциальной надежности ИС).

Снимается зависимость КНП исследуемой ИС от температуры в интервале (0-100)^oC, регистрируются значения КНП с интервалом 25^oC. Для регистрации КНП выбирается информативный параметр для исследуемой ИС. Информативный параметр должен по возможности наиболее полно характеризовать функционирование ИС.

С помощью РППГ по координатам полученных точек рассчитывается площадь под кривой, сравнивается с площадью эталонной кривой для данного типа ИС, полученной экспериментальным путем. Далее РППГ автоматически вычисляет значение S = S_эт - S_иссл, по величине и знаку полученного критерия делается вывод о потенциальной надежности ИС. Если значение площади S > 0, то зависимость КНП от температуры исследуемой ИС лежит ниже эталонной кривой, что говорит о повышенной потенциальной надежности данной ИС, если S < 0, то кривая лежит выше эталонной и ее потенциальная надежность пониженная. На фиг. 1 представлена температурная зависимость КНП для трех ИС типа КР142ЕН12. ИС N 4 является потенциально ненадежной схемой, ИС N 8 - эталон, а ИС N 7 имеет высокий уровень потенциальной надежности. Экспериментальным путем устанавливается критерий определения потенциальной надежности S (для ИС типа КР142ЕН12: ). Первый этап позволяет сделать предварительный вывод о надежности ИС.

Этап 2.

Исследуемую ИС подвергают термоциклированию (5 термоциклов t = (-5-100)^oC). С помощью РППГ рассчитывают величину расхождения температурных зависимостей КНП для данной ИС до и после термоциклирования. В отличие от этапа 1 на втором этапе значение S выражает величину расхождения температурных зависимостей КНП исследуемой ИС до и после термоциклирования. Если , то исследуемая ИС регистрируется как потенциально ненадежная из-за значительного накопления в ней внутренних механических напряжений (МН) [5]. Если , то ИС высоконадежна.

По полученным на этапе 1 и этапе 2 данным делается обобщенный вывод о потенциальной надежности ИС. На фиг. 2 представлена таблица комплексных результатов анализа потенциальной надежности на примере девяти ИС типа КР142ЕН12 (нумерация ИС, представленных на фиг. 2, соответствует нумерации ИС на фиг. 1). Выводы о потенциальной надежности (ненадежности) ИС делаются относительно ИС N 8 - эталона для ИС типа КР142ЕН12, выделенного жирным шрифтом (этап 1), и диагональных элементов таблицы, окрашенных темно-серым цветом (этап 2).

Если выводы по обоим этапам совпадают, то их считают окончательными для данной ИС, если нет, то предпочтение следует отдавать выводам, сделанным по второму этапу, так как существенное отклонение кривой от эталонной, выявленное на первом этапе, может быть следствием индивидуальности (необычности) функционирования данной ИС, однако ее выходные параметры в течение длительного времени могут не выходить за пределы норм ТУ.

Высокая достоверность и эффективность разбраковки ИС достигаются:
за счет высокой чувствительности температурной зависимости КНП к внутренним механическим напряжениям, накапливаемым в ИС в процессе ее производства;
за счет быстроты и высокой точности разработанной авторами универсальной программы расчета площади петли гистерезиса (РППГ) к отклонениям температурной зависимости исследуемой ИС от эталонной характеристики, полученной экспериментальным путем.

Предложенный способ разбраковки был опробован на ИС типа КР142ЕН12 (аналоговые биполярные схемы с изоляцией элементов p-n-переходом). Для эксперимента взята партия из 50 схем. В качестве информативного использован параметр U_выхмин, измерения которого производились с точностью 0,1%. Относительное изменение данного параметра по ТУ составляет 8%. Результаты эксперимента проиллюстрированы на фиг. 1 и фиг. 2. Достоверность результатов разбраковки подтверждена ресурсными испытаниями исследуемых ИС на принудительный отказ.

Источники информации
1. Пат. ФРГ N 2833780, H 01 L 21/66, опубл. 1980.

2. Пат. США N 4816753, G 01 P 31/26, опубл. 1989.

3. Пат. России N 4900457/21, G 01 R 31/28, G 01 R 31/26, опубл. 1993.

4. Гаврилов В.Ю., Номоконова Н.Н., Покровский Ф.Н. Обнаружение скрытых дефектов в аналоговых интегральных схемах // Надежность и контроль качества. 1991. N 3. С. 28-32.

5. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Бордюжа О.Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства. - Минск: "Интеграл", 1997. - 390 с.

Изобретение относится к производству и эксплуатации интегральных схем (ИС). Технический результат заключается в повышении надежности, который достигается за счет того, что объект испытаний подвергают термоциклированию и регистрируют зависимость изменения информативного параметра (критического напряжения питания) от величины внешнего воздействия (температуры). На основе сравнения зависимостей на разных термоциклах проводят разбраковку объектов испытаний. По экспериментальным данным для каждого типа объектов испытаний рассчитывают кривую эталонной температурной зависимости критического напряжения питания (КНП) и по величине расхождения температурных зависимостей исследуемой ИС и эталона определяют критерии разбраковки ИС. Для расчетов используют площади под кривыми температурных зависимостей КНП и применяют специально разработанную универсальную программу расчета площади петли гистерезиса. Способ может быть использован для разделения ИС по критериям: потенциальная надежность и контроль качества ИС, а также для повышения достоверности других способов разбраковки как в процессе производства, так и на входном контроле на предприятиях-производителях ИС. 2 ил.

Способ разбраковки интегральных схем, в соответствии с которым исследуемую интегральную схему подвергают термоциклированию, регистрируют зависимость изменения критического напряжения питания от температуры, отличающийся тем, что для каждого типа интегральных схем рассчитывают кривую эталонной температурной зависимости критического напряжения питания и по величине расхождения температурных зависимостей исследуемой интегральной схемы и эталона определяют критерии разбраковки интегральных схем.