СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ПО НАДЕЖНОСТИ Российский патент 2007 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к обеспечению качества и надежности полупроводниковых изделий (ППИ), и может быть использовано как на этапе производства, так и на этапе применения.

Полупроводниковое изделие (ППИ) представляет собой сложную композицию разнородных по свойствам и формам материалов, соединенных между собой путем выполнения ряда технологических операций (эпитаксии, диффузии, плавления, напыления, напайки, приварки и т.п.).

Известно [1], что качество и надежность ППИ в значительной степени определяются плотностью и характером распределения структурных дефектов в исходных пластинах полупроводниковых материалов. Вариации плотности дефектов по площади пластин непосредственно влияют на изменения электрофизических свойств и во многом определяют надежность и деградационные свойства полупроводниковых изделий.

На всех технологических операциях изготовления ППИ вводятся дополнительные внутренние механические напряжения. В зависимости от уровня дефектности исходных материалов и стабильности режимов технологических операций каждое ППИ характеризуется своим уровнем механических напряжений, неоднородных по объему изделия. В поле механических напряжений резко ухудшается подвижность точечных дефектов, изменяется их равновесная концентрация и дефектная структура эволюционирует в направлении формирования макроскопических дефектов, наличие которых в ППИ резко ухудшает его надежностные характеристики [2].

Известно также [3], что наличие дефектов в структуре ППИ неизбежно отражается на ходе процессов, связанных с переносом тока через структуру, что приводит к флуктуациям проводимости и воспринимается во внешней цепи как низкочастотный шум, уровень которого пропорционален скорости деградации структуры.

Известен способ отбраковки потенциально ненадежных ППИ [4], когда по критерию шумового параметра отбраковываются изделия с большими шумами как потенциально ненадежные. Недостаток способа то, что можно отбраковать до 15% надежных изделий.

Наиболее близким аналогом является способ определения потенциально ненадежных полупроводниковых приборов [5], состоящий в том, что после измерения интенсивности шумов пропускают через испытуемый прибор импульс тока, в 1,5-5 раз превышающий по амплитуде предельно допустимое значение, затем вновь измеряют интенсивность шума и по отношению результатов двух измерений судят о потенциальной надежности приборов.

Недостатком метода является подача импульса, в 1,5-5 раз превышающего по амплитуде предельно допустимое значение по техническим условиям на прибор, что может вызвать необратимые процессы в структуре приборов, которые могут привести к недостаточной достоверности результатов и преждевременным отказам приборов в эксплуатации.

Изобретение направлено на повышение достоверности и расширение функциональных возможностей. Это достигается тем, что в предлагаемом способе разделения полупроводниковых изделий по надежности на партии ПЛИ проводят измерения интенсивности низкочастотного шума на двух частотах f₁ и f₂ при номинальном напряжении питания и одинаковом значении ширины полосы измерения Δf. Значение частот f₁ и f₂ различаются не менее чем на 2Δf. По полученным данным рассчитывается значение коэффициента γ, характеризующего вид спектра, по формуле:

где и - квадрат эффективного значения шума на частотах f₁ и f₂.

По полученным значениям коэффициента γ для каждого изделия разделяют партию изделий на потенциально ненадежные и соответствующие требованиям технических условий, а при необходимости выделяют группу изделий повышенной надежности.

Пример осуществления способа.

Методом случайной выборки было отобрано 10 интегральных схем типа КР537РУ13 (статическое ОЗУ, выполненное по технологии КМОП, номинальное напряжение питания по техническим условиям 5 В), у которых измерялось значение интенсивности шума методом прямого измерения по выводам "питание - общая точка" на частотах f₁=200 Гц и f₂=1000 Гц. Ширина полосы измерения частот Δf=200 Гц, время усреднения τ=2 с. В таблице представлены измеренные величины и рассчитаны значения коэффициента γ.

Если выбрать критерий для потенциально ненадежных схем γ≥1,3, то схемы №5, 8 будут потенциально ненадежными. Можно выделить ИС повышенной надежности со значением γ≤1 (схемы №3, 7). Схемы, имеющие значение γ в пределах от 1 до 1,3, будут иметь надежность, соответствующую техническим условиям.

Испытания всех 10 схем на безотказность (500 ч, при температуре 100°С) показали, что схемы №5, 8 имели параметрические отказы

Таблица№
ИСЗначение шума , μВ² на частотах, Гцγ№ИСЗначение шума , μВ² на частотах, Гцγ200100020010001439,9681,166419,7671,142553,8791,217201,6430,963203,3420,988833,4981,334394,5641,139303,5561,055786971,310534,3751,22

Источники информации

1. Прокопенко И.В., Осадчая Н.В. Методы структурной диагностики полупроводниковых пластин, используемых для БИС и СБИС // Сб. тез. докл. конф. "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов". Кишинев, 1991, ч.II, с.91.

2. Беренштейн Г.В., Дьяченко А.М. Прогнозирование качества ИС на основе анализа внутренних напряжений // Сб. тез. докл. конф. "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов". Кишинев, 1991, Ч.II, с.136.

3. Врачев А.С. О связи низкочастотного шума с устойчивостью неравновесных структур // Известия вузов. Радиофизика, 1989, №7, с.885-890.

4. 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. - С.318-320.

5. Авторское свидетельство СССР №490047, G01R 31/26, 1976.

Использование: для оценки качества и надежности полупроводниковых изделий на этапе производства и на этапе применения. Сущность: на партии полупроводниковых изделий измеряют интенсивность низкочастотного шума на двух частотах при номинальном значении напряжения питания и одинаковом значении ширины полосы измерения шума. Вычисляют коэффициент , где и - квадрат эффективного значения шума соответственно на частотах f₁ и f₂. По величине γ партия изделий разделяется на надежные и потенциально ненадежные.

Способ разделения полупроводниковых изделий по надежности, включающий измерение низкочастотного шума на двух частотах, отличающийся тем, что измерение квадрата эффективного значения шума на частотах f₁ и f₂ проводят при номинальном напряжении питания и одинаковом значении ширины полосы измерения Δf, при этом значения частот f₁ и f₂ различаются не менее, чем на удвоенное значение ширины полосы измерения, по полученным данным находят коэффициент после чего партию полупроводниковых изделий разделяют на надежные и менее надежные по значениям коэффициента γ.