Способ отбраковки ненадежных КМОП ИС Советский патент 1986 года по МПК G01R31/28 H01L21/66 

10

15

;ю

35

- 1239658

Изобретение относится к способам онтроля качества интегральных схем ИС) и может быть использовано при роизводстве радиоэлектронной аппаатуры для отбора высоконадежных омплементарных МОП (КМОП) ИС.

Цель изобретения - повышение дотоверности отбраковки ненадежных МОП ИС.- .

Пос аёлённая ель достигается ыбором в качестве параметра отбра- овкй/ютношения Потребления МОП ИС; измеряемых в двух темпераурных диапазоца, в первом из коорых вклад токов, пов.еркностных утеек становит ся малым по сравнению с енерацией через поверхностные сос- о яния, а во втором доминирует генеация носителей через запрещенную ону.

Способ основан на том, что одним з наиболее информативных параметров озволяющим судить о надежности МОП ИС, является температурная завиимость статического тока потребления. . -.

с

Статический ток потребления ИС складывается из суммы обратных токов МОП-транзисторов. Для отдельного МОП- транзистора величина обратного тока, 1 обр. определяется суммой составляющих, из которых наибольшее влияние на температурную зависимость 1 обр-, оказывают токи диффузии,генерации-рекомбинации, токи поверхностных утечек и канальные токи, свя- занные с наличием инверсного слоя.

Температурная зависимость теплового тока определяется, г лавным образом, экспоненциальным членом , который в соответствии со статистикой Максвелла-Больцмана характеризует вероятность перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости при средней тепловой энергии кристалла t|V kT/e, При температурах порядка 50-70°С рост обратного тока МОП-транзистора обусловлен в основном ступенчатой генерацией неосновных носителей через примесные уровни, -для которых энергия актива- ции меньше ширины запрещенной зоны. Тепловые токи, вызванные ступенчатой генерацией, формируются, главным образом, в переходных слоях, в том числе и в переходах, образованных каналами.

те даю 50 нь; ро ис

пр те ге

ны ко ни сн но но .ям сн св пр яв ги ст гр ли ше сд кр

в сл и пр t ню эт во 70 не ни

ко I

го об ур пр ес та ко по ро 55 ле то на вы

30

35

40

45

50

5

5

Токи поверхносттгых утечек при температурах ниже 50-70 С преобладают, а при температурах в диапазоне 50-70°С их вклад в суммарный обрат- нь;й ток становится малым, так как рост тока утечки с температурой происходит медленнее.

В указанном диапазоне вероятность прямой генерации через всю запрещен- зону (,1 Б) мала, поэтому тепловые токи, обусловленные прямой генерацией, ничтожно малы.

Величины тепловых токов-, вызванных ступенчатой генерацией и поверх- кос гяьыи утечками, зависят от степени чистоты поверхностного слоя и оки- сной пленки. Потенциальная ненадежность МОП-структур обусловлена в основном неконтролируемыми загрязнени- .ями на поверхности или в объеме оки- сной пленки ионами металлов, а также свойствами поверхностного слоя полупроводника. Источниками загрязнений являются основные операции технологического процесса изготовления МОП- структур. Такую же роль, как и загрязняющие примеси, могут играть различные дефекты кристаллической решетки: пустые узлы, дислокации или сдвиги, возникающие при деформации кристаллов и т.д.

Величина обратного теплового тока в диапазоне температур 50-70 С, обусловленная загрязнениями кристалла и окисла, зависит как от концентрации примесей, так и от величины энергии t. соответствующей примесному уровню, т.е. виду примесных атомов. Поэтому по величине -обратного теплового тока в диапазоне температур 50- 70 С можно судить о наличии загрязнения кристалла, однако из-за разницы в величине t-fc трудно судить о

концентрации примесей. I .

При 90-120 0 приращение обратного тока за счет носителей заряда, обусловленных наличием примесных уровней, связанных, с загрязнениями, продолжается только в том случав, если их исходная концентрация достаточно велика. Чем меньше исходная концентрация примеси, тем быстрее с по.вышением температуры прекращается рост количества носителей, обуслов- 55 лен1-гых примесными уровнями. Кроме того, при температурах вьппе 90-120 0 начинают доминировать тепловые токи, вызванные прямой генерацией, Величи0

5

40

45

50

на суммарного теплового тока при этих температурах по крайней мере на порядок выше в диапазоне 50-70 Cj причем, чем выше степень загрязнения кристалла, поверхностного слоя и окисной пленки и связанная с этим загрязнением концентрация примесей, тем выше относительное приращение тока потребления КМОП ИС с ростом температуры,

Отношение тока потребления КМОП ИС при температуре в диапазоне 90-12CJ C например при , к току потребления при температуре в диапазоне 50- 70°С, например , характеризует степень загрязнения кристалла и окисла, а следовательно, и уровень надежности контролируемой ИС. Чем мень- ше величина этого отношения, тем выше потенциальная надежность КМОП ИС. Выдержка при каждой из указанных температур в течение 5-7 мин вполне достаточна для выравнивания температУР окружаюшей среды и непосредственно полупроводникового кристалла.

Способ осуществляется следующим образом..

Из сравниваемых партий однотипных КМОП ИС берутся случайные выборки, содержаш те одинаковое количество приборов. Для каждой из ИС, входящих в выборки, задается одинаковый электрический режим подключением выводов в соответствии со схемой измерения статического тока потребления. Каждая ИС, находящаяся под электрической нагрузкой, устанавливается в термокамеру, задается одна из температур диапазона 50-70°С, осуществляется выдержка в течение 5-7 мин и измеря- ется ток потребления ИС. Затем устанавливается одна из температур диат..

Составитель В.Масловский Редактор Н.Рогулич Техред М.Ходанич Корректор Т.Колб

Заказ 3392/46 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобрё.тений и открытий 113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 10

15 20 25

зо

5

пазона 90-120 С, осуществляется выдержка в течение 5-7 мин и измеряется ток потребления.

Для каждой ИС вычисляется отно- шение величины тока потребления Jj. при фиксированной температуре из диапазона к величине тока по- требления 1 при фиксированной температуре диапазона 50-70 С, . Вычисляется среднее значение К для одной и другой выборки. Выборка, имеющая большее значение К, считается менее надежной, а следовательно, и ИС, из которой взята данная выборка, признается менее надежной,

Результаты испытаний показали что для группы ИС, имеющих наиболь- щую надежность, среднее значение отношения токов (К; 14,92 при ,71) существенно меньше, чем для группы приборов, имеющих пониженную надежность ( Кг.1 7 , 1 I при Сэг 0,51) . В соответствии с положениями математической статистики эта разница является значимой при надежностиоС 0,99.

Фор м у ла изобретения

Способ отбраковки ненадежных , КМОП ИС, включающий подачу на одно- типные испытуемые приборыодинаковых ВХОДНЫХ напряжений и одинаковых напряжений питания, нагревание приборов и измерение токов потребления в установившемся режиме, о т л и- чающийся тем, что, с целью повьщ ения достоверности отбраковки, измеряют токи потребления при двух фиксированных значениях температуры в диапазонах 50-70 и 90-120°С, а отбраковывают приборы с наибольшим от- ношением второго тока к первому.

Изобретение может быть использовано при производстве радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение достоверности отбраковки ненадежных комплементарных интегральных схем (ИС), ИС устанавливают в термокамеру, затем в течение 5-7 мин выдерживают при 50-70°С и измеряют ток потребления ИС. Затем аналогичная операция производится нри 90-120°С. Для каяудой ИС вычисляется отношение величины тока потребления при фиксированной тем- пературе диапазона 90-120 С к велн- нине тока потребления при фиксированной температуре диапазона 50-70 с Вычисляется среднее значение этого отношения для каждой выборки. По величине отклонения от среднего значения судят о качестве ИС. С (О (Л