СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ПО НАДЕЖНОСТИ Российский патент 2014 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.

Известно из основ надежности ППИ [1], что надежность конкретных изделий определяется количеством содержащихся в них внутренних дефектов (дислокаций, неконтролируемых примесей и других точечных дефектов). При радиационном облучении ППИ одним из основных эффектов является накопление заряда на внутренних дефектах, изменение поверхностного состояния 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 в том, что можно отбраковать до 15% надежных изделий.

Известен 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 превышающий 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 преждевременному отказу изделий в эксплуатации.

Наиболее близким аналогом является способ разделения полупроводниковых изделий по надежности [5], по которым разделение партий НИИ по надежности проводят по значению коэффициента γ, характеризующего вид спектра, равного

$$\gamma =\frac{\lg \left(\frac{\overline{U_{ш}^2}{f}_1}{\overline{U_{ш}^2}{f}_2}\right)}{\lg \left(\frac{f_2}{f_1}\right)},(1)$$

где $$\overline{U_{ш}^2}{f}_1$$ и $$\overline{U_{ш}^2}{f}_2$$ - квадрат эффективного значения шума на частотах f₁ и f₂.

Недостатком данного способа является то, что его достоверность составляет не более 70%.

Изобретение направлено на повышение достоверности способа. Это достигается тем, что до и после воздействия рентгеновского излучения предельной дозы, допустимой техническими условиями, измеряется интенсивность шума на двух частотах f₁ и f₂, различающихся не менее, чем на удвоенное значение ширины полосы измерения, при положительном напряжении питания и одинаковом значении ширины полосы измерения Δf. По полученным данным рассчитывается значение коэффициента γ₁ до испытаний и γ₂ после испытаний по формуле (1). По значениям γ₁ и γ₂ находят коэффициент M=γ₂/γ_1, по которому разделяют изделия на надежные и потенциально ненадежные.

Способ осуществляется следующим образом.

Методом случайной выборки было отобрано 10 аналоговых ИС типа TLC27, выполненных по МОП технологии. Для каждой ИС были измерены значения НЧ 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. По результатам измерений были рассчитаны значения параметра γ₁ по формуле (1). После измерений было проведено воздействие рентгеновским излучением на установке УРС 55 общей дозой 10 кР с последующим измерением параметра НЧ шума и расчетом величины γ₂ (см. табл.). По значениям γ₁ и γ₂ найден коэффициент М=γ₂/γ₁, также указан в таблице.

Таблица № ИС Значение шума $$\overline{U_{ш}^2}$$ мкB², на частоте, Гц γ₁ Значение шума $$\overline{U_{ш}^2}$$ после облучения мкB², на частоте, Гц γ₂ M=γ₂/γ₁ 200 1000 200 1000 1 919 199 0,95 1040 215 0,98 1,03 2 670 157 0,9 782 173 0,94 1,04 3 778 163 0,97 904 179 1,01 1,04 4 847 180 0,98 989 194 1,01 1,03 5 865 187 0,95 998 204 0,99 1,04 6 1085 194 1,07 1301 213 1,12 1,05 7 733 158 0,95 831 174 0,97 1,02 8 1160 200 1,09 1322 221 1,11 1,02 9 964 193 0,98 1044 208 1,00 1,02 10 633 166 0,83 674 174 0,84 1,01

Если выбрать критерий для потенциально ненадежных схем М≥1,05, то схема №6 будет потенциально ненадежной. Можно выделить ИС повышенной надежности со значением М≤1,01 (схема №10).

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.

5. Патент РФ №2309418, G01R 31/26, 2007.

Способ разделения полупроводниковых изделий по надежности заключается в том, что на партии полупроводниковых изделий измеряют интенсивность шума на двух частотах 200 Гц и 1000 Гц. Вычисляют показатель формы спектра шума γ по формуле: , где и - квадрат эффективного значения шума соответственно на частотах f₁ и f₂, проводят воздействие рентгеновским облучением дозой, допустимой по техническим условиям, вновь измеряют интенсивность шума и вычисляют показатель формы спектра γ₂. По величине коэффициента M, равного M=γ₂/γ_1, партию изделий разделяют на надежные и потенциально ненадежные изделия. Технический результат - повышение достоверности способа. 1 табл.

Способ разделения полупроводниковых изделий по надежности, включающий измерение низкочастотного шума на двух частотах f₁ и f₂, различающихся не менее чем на удвоенные значения ширины полосы измерения, при номинальном напряжении питания и одинаковом значении ширины полосы измерения, и вычисление коэффициента γ, характеризующего вид спектра, по формуле: , где и - квадрат эффективного значения шума соответственно на частотах f₁ и f₂, отличающийся тем, что измерение низкочастотного шума и вычисление коэффициента проводят до γ₁ и γ₂ после воздействия рентгеновским излучением допустимой по техническим условиям дозой и по значению коэффициента M=γ₂/γ₁, партию полупроводниковых изделий разделяют на надежные и ненадежные изделия.