СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ ПО РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ И НАДЕЖНОСТИ Российский патент 2007 года по МПК G01R31/303 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности, предназначено для отбраковки образцов интегральных микросхем с аномально низкой радиационной стойкостью и надежностью. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в космическом приборостроении.

Известен способ отбора радиационностойких изделий электронной техники [1], включающий облучение партии изделий, предназначенных для установки в бортовую аппаратуру, сравнительно небольшой дозой гамма-квантов или электронов с последующим отбором и исключением из партии приборов с наибольшими изменениями параметров. Возможно также облучение полной дозой, эквивалентной ожидаемой поглощенной дозе радиации в реальных условиях эксплуатации, и восстановление начальных параметров после облучения с помощью отжига при повышенной температуре.

Недостатком этого способа в части разделения изделий по изменению параметров при облучении малой дозой является невозможность определения дозы отказа, а в части облучения изделий до отказа - невозможность полного восстановления параметров при проведении длительного низкотемпературного отжига до первоначальных значений параметров из-за накопления радиационных дефектов при облучении большой дозой, которая ожидается при эксплуатации изделия.

Известен также способ контроля МОП полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на пластинах [2], в котором предлагается включение операции «облучение-отжиг» между операциями выборочного и 100%-ного контроля изделий, что позволяет выявить и отбраковать потенциально ненадежные изделия.

Достоинством этого способа является индивидуальный контроль надежности каждого изделия на пластине. Однако этот способ не позволяет осуществить определение радиационной стойкости каждого изделия из-за невозможности проведения облучения в электрическом режиме.

Наиболее близким аналогом - прототипом изобретения является способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежности [3], включающий облучение микросхем малой дозой ионизирующего излучения (от нескольких крад до нескольких десятков крад) с количеством этапов не менее двух и измерением помимо стандартных параметров минимального напряжения питания, при котором сохраняется их функционирование, прогнозирование дозы отказа по изменению параметров от дозы облучения, отжиг облученных микросхем и определение надежности по отклонению одного или нескольких параметров от исходных значений до облучения.

Недостаток этого способа заключается в недостаточной точности определения радиационной стойкости интегральных микросхем в случае неполного восстановления одного или нескольких параметров при термообработке после облучения малой дозой.

Другим недостатком указанного способа является отсутствие возможности отбраковки аномальных изделий, в которых имеет место «пострадиационный эффект» [4], являющийся признаком аномально низкой надежности.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности определения радиационной стойкости интегральных микросхем в случае неполного восстановления параметров при низкотемпературной термообработке после облучения малой дозой ионизирующего излучения и обеспечение отбраковки аномальных изделий.

Это достигается тем, что в известном способе, включающем облучение микросхем малой дозой ионизирующего излучения (от нескольких крад до нескольких десятков крад) с количеством этапов не менее двух и измерением помимо стандартных параметров минимального напряжения питания, при котором сохраняется их функционирование, прогнозирование дозы отказа по изменению параметров от дозы облучения, отжиг облученных микросхем и определение надежности по отклонению одного или нескольких параметров от исходных значений до облучения, дополнительно производят определение дозы отказа по результатам измерения исходных значений параметров и конечных значений параметров после облучения и низкотемпературной термообработки (отжига) интегральных микросхем (далее «изделий»), а также выявление аномальных изделий путем оценки выскакивающих результатов измерений конечных значений параметров.

При разработке способа исходили из того, что радиационная стойкость и надежность интегральных микросхем зависит от плотности дефектов пленок диэлектрика и на границе их с полупроводником. При облучении малой дозой (от нескольких крад до нескольких десятков крад) происходит накопление заряда на технологических дефектах, образовавшихся при изготовлении микросхемы, без значительного образования новых (радиационных) дефектов, что вызывает изменение стандартных параметров и минимального напряжения питания, при котором сохраняется функционирование микросхемы. Стандартные параметры определяются элементами на входах и выходах микросхемы, а минимальное напряжение питания характеризует работоспособность всех элементов микросхемы. Чем больше плотность дефектов, тем сильнее изменяются параметры микросхемы и тем при меньшей дозе будет достигнуто их предельное значение. Дозовая зависимость, параметры которой находятся для каждого образца микросхемы по результатам измерений после каждого этапа облучения стандартных параметров и минимального напряжения питания, при котором сохраняется функционирование, позволяет прогнозировать дозу отказа для каждого изделия в партии по достижению стандартными параметрами предельных значений и (или) минимальным напряжением питания номинального значения. При низкотемпературном отжиге происходит термический выброс заряда из точечных дефектов и сохранение его в крупных дефектах, которые находятся в образцах микросхем с аномально низкой надежностью [4]. Поэтому невосстановление параметров при отжиге позволяет выявить образцы микросхем с аномально низкой надежностью и наоборот, полное восстановление или даже улучшение параметров свидетельствует о низкой плотности или отсутствии крупных дефектов и высоком уровне надежности.

По результатам измерения параметров изделий после термообработки производят отбраковку аномальных изделий с использованием критерия выскакивающих результатов измерений [5]. Для этого производят расчет среднего арифметического значения каждого контролируемого параметра и расчет среднего квадратичного отклонения по формуле . Производят оценку выскакивающего измерения по формуле , где V_B - значение параметра микросхемы, наиболее отклонившееся от среднего значения параметра в партии ИМС V_cp. Производят отбраковку аномальных образцов с применением методики оценки выскакивающих результатов измерений [5].

Такое решение обеспечит более точную оценку индивидуального значения предельной дозы ионизирующего излучения каждого изделия, предназначенного для установки в бортовую аппаратуру космических объектов, и позволит отбраковать изделия с аномальными свойствами с использованием четкого математического критерия.

В качестве примера реализации предлагаемого способа приводим результаты исследования интегральных микросхем флеш-памяти типа CAT28F020. Доза отказа при воздействии ионизирующего излучения прогнозировалась с помощью параметров выражения, описывающего изменение минимального напряжения питания, при котором интегральная микросхема функционировала (U_пит)_мин=A·Dⁿ+(U_пит)_мин.0. При поэтапном облучении малой дозой определялись параметры аппроксимирующего выражения А и n. Используя значения А и n, производилась оценка дозы отказа D с использованием выражения, полученного из приведенного выше, и значений номинального (U_пит)_ном и минимального (U_пит)_мин.T напряжения питания после термообработки

Результаты прогноза и экспериментальной проверки прогнозируемого значения дозы отказа представлены в таблице 1. Как можно видеть, результаты прогноза до и после термообработки различаются. Причем выявилось изделие с аномально низкой радиационной стойкостью (№3). Экспериментальная проверка подтвердила результаты прогноза.

При термообработке после облучения малой дозой выявляются аномальные изделия. В данном примере у аномального изделия наблюдался рост минимального напряжения после облучения (см. чертеж) на первом этапе термообработки. Результаты. измерений представлены в таблице 2. Поскольку при промышленном применении предлагаемого способа измерения проводятся после 500 часов термообработки, то используется метод оценки выскакивающих результатов измерений для выявления аномального изделия. Среднее арифметическое (U_пит)_мин.ср=1,87 В, а среднее квадратичное отклонение S_M=0,227 В. Для аномального образца ИМС №3 получаем

Из [5] для количества образцов М=12 получаем v_гр=2,66. Поскольку ν_В>ν_гр, то можно сделать вывод, что образец №3 имеет выскакивающее значение параметра U_мин и, следовательно, является аномальным и должен быть отбракован. Относительно образцов №4 и №5 такого вывода сделать нельзя. Они имеют повышенную плотность дефектов, но не являются аномальными. Кривые на фиг.1 подтверждают сделанные выводы - образец №3 ведет себя аномально при термообработке после облучения, а у остальных образцов одинаковый характер изменения минимального напряжения питания при термообработке после облучения.

Таким образом, предлагаемый способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежности технологичен, позволяет определить для каждой микросхемы значение дозы отказа и уровень надежности, а также отбраковать изделия с аномально низкой радиационной стойкостью и надежностью, не ухудшая эксплуатационных характеристик интегральных микросхем.

Литература

1. Радиационная отбраковка полупроводниковых приборов и интегральных схем. / А.А.Чернышев, В.В.Ведерников, А.И.Галеев, Н.Н.Горюнов. // Зарубежная электронная техника. 1979. Вып.5. С.3-25.

2. Способ контроля МОП полупроводниковых приборов и интегральных схем на пластинах. (Патент РФ №2073254, МКИ G01R 31/26, опубликован 10.02.97, бюл. №4).

3. Способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежности. (Патент РФ №2254587, МКИ G01R 31/26, 31/28, опубликован 20.06.2005, бюл. №17).

4. Попов В.Д. Пострадиационный эффект в ИС. Неразрушающий контроль качества ИС. // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес, 2002, №4, с.36-39.

5. Зайдель А.Н. Ошибки измерения физических величин. - Л.: Наука, 1974.

Способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежностиТаблица 1№№ образцовПрогноз дозы отказа до термообработки, крадПрогноз дозы отказа после термообработки, крадНАКОПЛЕННАЯ ДОЗА при облучении после термообработки для проверки прогноза дозы отказаD=50 крадD=65 крадD=80 крад35917отказотказотказ44762функцфункцотказ54045отказотказотказ74960функцотказотказ96073функцфункцотказ118095функцфункцфункц

Способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежностиТаблица 2№№ ИМСВремя термообработки, чРезультаты статистической обработки0501, B, В²12,51,920,050,002522,551,930,060,003632,492,480,610,372142,581,980,110,012152,491,950,080,006462,491,920,050,002572,451,780,090,008182,491,750,120,014492,421,670,200,0400103,241,80,070,0049112,251,680,190,0361122,281,620,250,0625

Изобретение относится к области испытания объектов электронной техники, в частности предназначено для отбраковки образцов интегральных микросхем с аномально низкой радиационной стойкостью и надежностью. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности определения радиационной стойкости интегральных микросхем в случае неполного восстановления параметров при низкотемпературной термообработке после облучения малой дозой ионизирующего излучения и обеспечение отбраковки аномальных изделий. Предложенный способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежности включает в себя облучение микросхем малой дозой ионизирующего излучения с количеством этапов не менее двух и измерением помимо стандартных параметров минимального напряжения питания, при котором сохраняется их функционирование, прогнозирование дозы отказа по изменению параметров от дозы облучения, отжиг облученных микросхем и определение надежности по отклонению одного или нескольких параметров от исходных значений до облучения. После этапа отжига дополнительно производят определение дозы отказа по результатам измерения исходных значений параметров и конечных значений параметров после облучения и низкотемпературного отжига интегральных микросхем, после чего выявляют аномальные микросхемы путем оценки выскакивающих результатов измерений конечных значений параметров. 1 ил., 2 табл.

Способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежности, включающий облучение микросхем малой дозой ионизирующего излучения с количеством этапов не менее двух и измерением помимо стандартных параметров минимального напряжения питания, при котором сохраняется их функционирование, прогнозирование дозы отказа по изменению параметров от дозы облучения, отжиг облученных микросхем и определение надежности по отклонению одного или нескольких параметров от исходных значений до облучения, отличающийся тем, что после этапа отжига дополнительно производят определение дозы отказа по результатам измерения исходных значений параметров и конечных значений параметров после облучения и низкотемпературного отжига интегральных микросхем, после чего выявляют аномальные микросхемы путем оценки выскакивающих результатов измерений конечных значений параметров.