СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ ПО НАДЕЖНОСТИ Российский патент 2014 года по МПК G01R31/26 

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

Известно из основ надежности ППИ [1], что надежность конкретных изделий определяется количеством содержащихся в них внутренних дефектов (дислокации, неконтролируемых примесей и других точечных дефектов). При радиационном облучении ППИ одним из основных эффектов является накопление заряда на внутренних дефектах, изменяющее поверхностное состояние на границе раздела диэлектрик-полупроводник, внутреннее электрическое поле p-n-перехода, что приводит к изменению электрических параметров, отражающих повышение концентрации дефектов и как результат -снижение надежности каждого изделия.

Известно также из результатов технологических отбраковочных и диагностических испытаний ППИ [2], что наличие дефектов в структуре ППИ неизбежно отражается на характере процессов, связанных с переносом тока через структуру, что приводит к флуктуациям проводимости и воспринимается во внешней цепи как низкочастотный шум (НЧШ), уровень которого пропорционален скорости деградации структуры.

Известен способ отбраковки потенциально ненадежных ППИ [3], 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 ППИ [4], состоящий в том, что после измерения интенсивности шумов пропускают через испытуемое изделие импульс тока, в 1,5-5 раз превышающей по амплитуде предельно допустимое значение, затем вновь измеряют интенсивность шума и по отношению результатов двух измерений судят о потенциальной надежности изделий.

Недостатком способа является подача импульса, в 1,5-5 раз превышающего допустимые по техническим условиям значения, что может вызвать необратимые процессы в структуре изделий, которые могут привести к недостаточной достоверности результатов и преждевременного отказа изделий в эксплуатации.

Изобретение направлено на повышение достоверности способа без превышения допустимых воздействующих факторов. Это достигается тем, что до и после воздействия рентгеновского излучения дозой около половины допустимой и предельной дозы, допустимой техническими условиями, измеряется интенсивность шума на переходе эмиттер-база транзисторов, как наиболее чувствительном переходе. По значениям напряжения низкочастотного шума $$\overline{U_{ш}^2}$$ до испытаний, в процессе испытаний и после испытаний судят о потенциальной надежности транзисторов.

Пример осуществления способа.

Методом случайной выборки было отобрано 10 кремниевых транзисторов КТ3102ЖМ. Для каждого транзистора были измерены значения низкочастотного шума $$\overline{U_{ш}^2}$$ методом прямого измерения по выводам эмиттер-база на частоте f=1000 Гц при рабочем токе 10 мА. Ширина полосы измерения частот Δf=200 Гц, время усреднения τ=2 с. После измерений было проведено воздействие рентгеновским излучением на установке УРС-55 дозой 3600 Р и снова измерены значения низкочастотного шума $$\overline{U_{ш}^2}$$ , затем воздействовали рентгеновским излучением дозой 5400 Р, то есть общей дозой 9000 Р, допустимой по техническим условиям, и вновь измеряли значение низкочастотного шума. Данные измерений приведены в таблице. Более наглядно измерение $$\overline{U_{шэ-б}^2}$$ показано на рисунке.

Таблица Значения напряжения низкочастотного шума транзисторов КТ3102ЖМ для перехода эмиттер-база до и после рентгеновского облучения № транзистора Значение шума $$\overline{U_{ш}^2}$$ , мк В² начальное после 3600 Р после 9000 Р 1 15,49 15,21 15,17 2 15,51 15,24 15,17 3 15,4 15,16 15,09 4 15,45 15,27 15,58 5 15,47 15,2 15,12 6 15,4 15,17 15,69 7 15,45 15,35 14,67 8 15,38 15,15 15,1 9 15,44; 14,38 15,56 10 15,45 15,3 15,5

Из табл. и рис. видно, что значение напряжения низкочастотного шума у транзисторов КТ3102ЖМ монотонно увеличивается после облучения (транзисторы №1, 2, 3, 5, 8), у ряда транзисторов (№4, 6, 10) значение $$\overline{U_{ш}^2}$$ уменьшается после облучения дозой 3600 Р, а после дополнительного облучения дозой 5400 Р повысилось, несколько превысив первоначальные. Наблюдалось аномальное поведение параметра $$\overline{U_{ш}^2}$$ у транзисторов №7 и 9.

Дополнительные испытания всех транзисторов на безотказность в течение 100 ч при повышенной температуре показали, что транзисторы №7, №9 имели параметрический отказ.

Если оценить потенциальную надежность транзисторов, то можно предположить, что транзисторы №1, 2, 3, 5, 8 будут иметь повышенную надежность, транзисторы №4, 6, 10 будут иметь надежность, соответствующую техническим условиям, а транзисторы №7, 9 - потенциальную ненадежность.

Источники информации

1. Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - М.: Радио и связь, 1988. - 256 с.

2. Горлов М.И., Емельянов В.А., Ануфриев Д.Л. Технологические отбраковочные и диагностические испытания полупроводниковых изделий. - Мн.: Белорусская наука. 2006. - 367 с.

3. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Бордюжа О.Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства. - Мн.: Интеграл, 1997. - 318 - 320 с.

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

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к обеспечению качества и надежности полупроводниковых изделий (ПЛИ), в частности транзисторов, и может быть использовано как на этапе производства, так и на этапе применения. Способ разделения транзисторов по надежности включает измерение низкочастотного шума, при этом измерение напряжения низкочастотного шума перехода эмиттер-база проводят до и после воздействия рентгеновским излучением дважды: после облучения половины дозы и полной дозы допустимой по техническим условиям, и по поведению параметра низкочастотного шума разделяют транзисторы на надежные и потенциально ненадежные. Технический результат - повышение достоверности способа без превышения допустимых воздействующих факторов. 1 ил.

Способ разделения транзисторов по надежности, включающий измерение низкочастотного шума, отличающийся тем, что измерение напряжения низкочастотного шума перехода эмиттер-база проводят до и после воздействия рентгеновским излучением дважды: после облучения половины дозы и полной дозы, допустимой по техническим условиям, и по поведению параметра низкочастотного шума разделяют транзисторы на надежные и потенциально ненадежные.