Способ разделения КМОП интегральных схем по надежности Российский патент 2024 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности интегральных схем ИС, изготовленных по КМОП-технологии, и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий ИС как на этапе производства, так и на входном контроле предприятий-производителей радиоэлектронной аппаратуры.

Из результатов технологических отбраковочных и диагностических испытаний ППИ известно [1], что наличие дефектов в структуре ППИ неизбежно отражается на характере процессов, связанных с переносом тока через полупроводниковую структуру изделия, что приводит к флуктуациям проводимости и воспринимается во внешней цепи как низкочастотный шум (НЧ-шум), уровень которого пропорционален скорости деградации структуры.

Известен способ отбраковки потенциально ненадежных ППИ [2], согласно которого как потенциально ненадежные отбраковываются изделия с большим уровнем НЧ-шума. Недостатком способа является его низкая достоверность, посколькупо этому критерию можно отбраковать до 15% надежных изделий.

Наиболее близким аналогом является способ определения потенциально ненадежных ППИ [3], состоящий в том, что после измерения уровня НЧ-шума через контролируемое изделие пропускают импульс тока, в 1,5-5,0раз превышающий по амплитуде предельно допустимое значение, затем вновь измеряют уровень НЧ-шума, и по отношению результатов двух измерений судят о потенциальной надежности приборов.

Недостатком способа является подача импульса, в 1,5-5,0 раз превышающего допустимые по техническим условиям значения, что может вызвать необратимые процессы в структуре изделий, которые могут привести к недостаточной достоверности результатов и преждевременным отказам приборов при эксплуатации.

Изобретение направлено на повышение достоверности способа без превышения допустимых значений воздействующих факторов.

Технический результат достигается тем, что уровень НЧ-шума КМОП ИС измеряется до и после воздействия на КМОП ИС рентгеновского излучения в течение 3 часов дозой менее предельной дозы, допустимой по техническим условиям, с последующим отжигом, и по величине относительного изменения уровня НЧ-шумаК =разделяют партию КМОП ИС по надежности.

Пример реализации способа. Для эксперимента были выбраны 10 ИС типа К561ТР2 (четыре RS-триггера), имеющие 16 выводов. Допустимое напряжение питания ИС данного типа находится в пределах от 3 до15 В. Номинальное напряжение питания составляло + 10 В ±10 %. ИС серии К561 обеспечивают высокое быстродействие и большие выходные токи и предназначены преимущественно на применение в цифровых вычислительных машинах. Диапазон рабочих температур ИС этого типа: от +45 до +85°С.

При работе в однотипных схемах выходные уровни ИС практически не отличаются от напряжения питания (не менее 4,99 В) и потенциала общей шины (не более 0,01 В). Значение тока, потребляемого ИС в статическом режиме, равно 20 мкА, минимальный период следования импульсов входного напряжения - 360 нс.

На исследуемые ИС воздействовали рентгеновским излучением в течение 3 ч дозой D = 5400 Р с последующим отжигом при температуре 100°С в течение 2 ч. Вышеуказанный информативный параметр - уровень НЧ-шума - измеряли по методике, представленной в [3], для каждого из четырех выходов ИС до и после воздействия рентгеновским излучениемдозой D = 5400 Р с последующим отжигом. Коэффициент К, показывающий, во сколько раз изменяется уровень НЧ-шума после рентгеновского облучения и отжига относительно начального, определяется как отношение К =, где - уровень НЧ-шума ИС после рентгеновского облучения дозой 5400 Р и отжига, _НАЧ – уровень НЧ-шума ИС до облучения.

Так как количество экспериментальных данных для всех 10 исследованных ИС велико и они схожи, в таблице представлены результаты для первых трех исследуемых ИС из десяти.

Таблица
Параметры ИС типа К561ТР2 до и после рентгеновского облучения и отжига № ИС № вывода _НАЧ К = 1 2 224 627 2,799 9 170 620 3,647 10 224 627 2,799 1 209 618 2,957 2 2 575 602 1,047 9 197 584 2,964 10 211 604 2,863 1 684 584 0,863 3 2 187 628 3,358 9 166 626 3,771 10 186 636 3,419 1 176 620 3,523

Из таблицы видно, что значения уровня НЧ-шума резко увеличились после облучения и превысили начальное значение в 2-3 раза. При этом значение коэффициента К относительного изменения уровня НЧ-шума после облучения имеет значительный разброс от образца к образцу, что позволяет разделять ИС по надежности: более надежными считаются ИС с меньшим значением коэффициента К. Из таблицы видно, что набольшие значения К имеет ИС № 3, и эта ИС является менее надежной, а ИС № 2 имеет значения К, не превышающие 3, и является соответственно более надежной.

При реализации способа ИС не подвергаются запредельным внешним воздействиям, что подтверждает неразрушающий характер контроля и достижение технического результата.

Источники информации

1. Чернышов А. В. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - Москва: Радио и связь. - 1988. - 256 с.

2. Горлов, М. И. обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов в процессе серийного производства /М.И. Горлов, Л. П. Ануфриев, О. Л. Бордюжа - Минск: Интеграл. - 1997. - с. 318-325.

3. Авторское свидетельство СССР № 490047, G 01R31/26, 1976.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности интегральных схем (ИС), изготовленных по КМОП-технологии, и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий ИС как на этапе производства, так и на входном контроле предприятий-производителей радиоэлектронной аппаратуры. Способ разделения ИС, изготовленных по КМОП-технологии, по надежности включает измерение уровня низкочастотного шума (НЧ-шума) на выходах ИС до и после воздействия рентгеновским излучением дозой 5400 Р с последующим отжигом. Разделяют ИС на надежные и потенциально ненадежные по величине относительного изменения уровня НЧ-шума , где - уровень НЧ-шума интегральных схем после облучения 5400 Р и отжига, а - уровень НЧ-шума интегральных схем до облучения. Технический результат - повышение достоверности способа без превышения допустимых значений воздействующих факторов. 1 табл.

Способ разделения интегральных схем, изготовленных по КМОП-технологии, по надежности, включающий измерение уровня низкочастотного шума на выходах интегральных схем в номинальном режиме включения, отличающийся тем, что измерение уровня низкочастотного шума интегральных схем проводится до и после рентгеновского облучения дозой 5400 Р с последующим отжигом, и по величине относительного изменения низкочастотного шума , где – уровень низкочастотного шума интегральных схем после облучения рентгеновским излучением дозой 5400 Р и отжига, а – уровень низкочастотного шума интегральных схем до облучения, разделяют интегральные схемы на надежные и потенциально ненадежные, при этом более надежными считаются ИС с меньшим значением коэффициента К.