СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВЛАГИ В ПОДКОРПУСНОМ ОБЪЕМЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ Российский патент 2005 года по МПК H01L21/66 G01R31/18 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к определению влаги в подкорпусном объеме интегральных схем (ИС). Изобретение может быть использовано для диагностического контроля и отбраковки ИС на этапе серийного производства, а также на входном контроле при производстве радиоаппаратуры.

Общие технические условия на ИС требуют, чтобы внутри корпуса было не более 0,05 объемного процента влаги при 25°С, что соответствует 5000 ppm [1]. Контроль содержания паров воды рекомендуется проводить одним из следующих методов: с помощью масс-спектрометра, с помощью детектора влаги в газе-носителе и путем измерения электрической проводимости откалиброванного элемента, вмонтированного в корпус ИС. Все указанные методы являются дорогостоящими, а первые два - разрушающими. Кроме этого, все методы позволяют контролировать содержание паров воды внутри корпуса ИС только выборочно [1].

Известен способ оценки годности полупроводникового прибора перед окончательной его герметизацией по измерению тока утечки до и после обдува воздухом, пропущенным через барботер для насыщения влагой [2]. Если ток утечки при этом возрос, то прибор бракуется. Недостатком данного способа является необходимость высокотемпературного (не менее 200°С) отжига ИС до герметизации в течение 20...100 ч [3].

Известен также способ контроля надежности ИС по току утечки при критическом значении температуры [4], т.е. при значении температуры, соответствующей точке росы влаги в газе в подкорпусном объеме ИС, усредненной для партии ИС. Недостатком данного способа является усреднение температуры точки росы и тока утечки, поэтому этот способ не может быть использован для определения точки росы при сплошном контроле.

Известен также способ контроля качества и надежности ИС [5], заключающийся в измерении информативного параметра при -20°С. Недостатком этого способа является фиксация температуры контроля информативного параметра, что не позволяет судить о содержании влаги внутри корпуса конкретно для каждой ИС.

Наиболее близким аналогом является способ контроля качества ИС [6], в соответствии с которым ИС охлаждают до температуры -60°С, а затем нагревают до 35°С, а о качестве ИС судят по характеру изменения тока утечки в диапазоне температур 0-35°С. Целью данного способа является отбраковка ИС по качеству, и он не может служить способом для определения содержания влаги в подкорпусном объеме каждой ИС.

Изобретение направлено на создание неразрушающего сплошного контроля содержания влаги в подкорпусном объеме ИС без внесения неконтролируемых дефектов и с использованием простой аппаратуры.

Это достигается тем, что влагочувствительный параметр, т.е. параметр зависящий от состояния поверхности кристалла схемы, например ток утечки, измеряется непрерывно при охлаждении и последующем нагревании, а температура точки росы измеряется дважды (при охлаждении и нагревании), что обеспечивает большую точность измерений. Содержание влаги находят с учетом значения давления газа в подкорпусном объеме при найденной температуре точки росы.

Способ реализуется следующим образом. Контролируемую ИС устанавливают в контактное устройство и помещают в камеру тепла и холода. Температуру в камере снижают от комнатной температуры (20°С) до предельно допустимой минимальной температуры, например -65°С, со скоростью не более 10°С в минуту, а затем с той же скоростью снова повышают до комнатной. В процессе охлаждения и последующего нагревания проводят постоянное измерение влагочувствительного параметра, например тока утечки. Начало роста влагочувствительного параметра при охлаждении ИС соответствует моменту начала конденсации паров воды, т.е. температуре точки росы Т_р (фиг.1).

Далее рассчитывают давление Р_р в корпусе ИС при температуре точки росы Т_р по закону Гей-Люссака:

Р_р=Р_гТ_р/Т_г,

где Р_г, T_г - давление в корпусе ИС и температура среды при ее герметизации, К.

По номограмме [1] (фиг.2) переводят градусы точки росы Т_р для найденного значения давления Р_р в концентрацию влаги, выраженную в ppm.

Например, если герметизация ИС проводилась пайкой при температуре 320°С (593 К), а температура точки росы определена равной -25°С (248 К), то давление в корпусе ИС Р_р согласно приведенной выше формуле будет равно 0,41·10⁵ Па (при Р_г=10⁵ Па) и соответственно по номограмме объемная концентрация паров воды в корпусе будет составлять 1500 ppm.

Предложенный способ был апробирован на ИС типа 1564ИП7 в 14-выводном корпусе, герметизированном сваркой при комнатной температуре. Значение влагочувствительного параметра - тока утечки I₀ для трех схем приведены в табл.

Таблица№ ИСЗначение параметра I₀, нА при температуре, °С20100-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65152535454555475565858515458595759585861595757735956575654545558 274767064626374596056585955555655575755545455705453535758555656 3525454575859606396595858545455555357555760262637961605858575656 

Рассчитаем по формуле Гей-Люссака давление атмосферы в корпусе Р_р при температуре точки росы для следующих данных:

для ИС №1 температура точки росы -20°С (253 К);

для ИС №2 температура точки росы -20°С (253 К);

для ИС №3 температура точки росы -25°С (248 К);

Р_г=101325 Па; Т_г=22°С(295 К)

и получим

для ИС №1, 2 Р_р=0,89·10⁵ Па;

для ИС №3 Р_р=0,85·10⁵ Па.

По данным: температура точки росы и давление Р_р - находим объемную концентрацию паров воды по номограмме:

для ИС №1, 2 равна 1800 ppm;

для ИС №3 - 800 ppm.

Источники информации

1. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Николаева Е.В. Контроль содержания паров воды внутри корпусов интегральных схем // Минск: Бестпринт, 2002-96 с.

2. Патент Японии №59-66139, Н 01 L 21/66, 21/205, 1982.

3. Епифанов Г.И., Коваленко А.А., Тверской А.А. Контроль сборочных процессов при производстве микросхем // Электронная промышленность. 1983. №1. С.51-55.

4. А.с. СССР №1596288, G 01 R 31/28, 1990.

5. А.с. СССР №1228052, G 01 R 31/28, 1986.

6. А.с. СССР №1684755, G 01 R 31/28, 1989.

Использование: в микроэлектронике для диагностического контроля и отбраковки интегральных схем на этапе серийного производства, а также на входном контроле при производстве радиоаппаратуры. Сущность изобретения: способ включает охлаждение интегральной схемы с непрерывным контролем влагочувствительного электрического параметра, т.е. параметра, зависящего от состояния поверхности кристалла схемы, например тока утечки, до -65°С, а затем с прежней скоростью нагрев ее до комнатной температуры также с непрерывным измерением электрического параметра. Начало роста измеряемого параметра соответствует температуре точки росы для подкорпусного газа. Рассчитывается давление газа в корпусе интегральной схемы при температуре точки росы и по номограмме определяется концентрация влаги в подкорпусном объеме газа. Технический результат - создание неразрушающего сплошного контроля содержания влаги в подкорпусном объеме интегральной схемы без внесения неконтролируемых дефектов с использованием простой аппаратуры. 2 ил., 1 табл.

Способ неразрушающего определения содержания влаги в подкорпусном объеме газа интегральной схемы, в соответствии с которым испытуемую интегральную схему охлаждают от комнатной до предельно допустимой минимальной температуры, например -65°С, со скоростью не более 10°С в минуту, а затем с той же скоростью нагревают до исходной температуры, при этом непрерывно при охлаждении и последующем нагревании измеряют влагочувствительный параметр, например ток утечки, для обеспечения большей точности температуру точки росы определяют дважды при охлаждении и нагревании, рассчитывают давление в корпусе интегральной схемы при температуре точки росы и по номограмме определяют объемную концентрацию паров воды.