СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГИ В КОРПУСЕ МИКРОСХЕМЫ Советский патент 1995 года по МПК H01J49/26 

Изобретение относится к производству и испытаниям полупроводниковых приборов и микросхем и может быть использовано преимущественно при разрушающих методах контроля влажности внутри корпусом интегральных схем (ИС), например при испытаниях корпусов после их герметизации шовной контактной сваркой.

Целью изобретения является упрощение анализа за счет обеспечения возможности безэталонного анализа.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 - спектр масс фонового состава вакуума при давлении 10^-9 мм рт. ст. в вакуумной и аналитической камере; на фиг. 3 - спектр масс анализируемой пробы в аналитической камере при давлении 10^-5 мм рт.ст.

На чертеже приняты следующие обозначения: камера 1 разгерметизации, загрузочное окно 2, вакуумный вентиль 3, вакуумный вентиль 4, датчик 5 давления, квадрупольный датчик 6 масс-спектрометра, вакуумный вентиль 7, аналитическая камера 8, ионный насос 9, вакуумный шибер 10, натекатель 11, анализируемый корпус 12, вакуумный шибер 13, ионный насос 14, игла 15 для прокалывания корпуса микросхемы, вакуумный вентиль 16, датчик 17 давления, система 18 обогрева вакуумных камер.

Способ осуществляют следующим образом. Загерметизированный испытуемый корпус 12 с микросхемой устанавливают в камеру 1 разгерметизации. С помощью вентиля 3 между камерой 1 разгерметизации и аналитической камерой 8 соединяют их между собой. Затем производят откачку обеих камер 1 и 8 до высокого вакуума (10^-9 мм рт.ст.). После откачки нагревают внутренний объем камер до температуры 150^оС и выдерживают при данной температуре и давлении в течение 12-18 ч.

Указанные значения температуры, давления и продолжительности нагрева позволяют получить фоновое содержание влаги в камерах не более 10 ррм (1ррм = 1˙10^-6 об.ч.). После прогрева камеры охлаждают до температуры 100^оС. Охлаждение камер позволяет исключить процессы десорбции влаги на стенках камер из анализируемой пробы. После охлаждения обеих камер перекрывают средства откачки разгерметизирующей и аналитической камер и измеряют масс-спектр фона аналитической камеры 8, в которую в последующем перепускается часть среды разгерметизированного испытуемого корпуса 12.

Остаточный спектр регистрируется в диапазоне от первой до 44-й атомной массы. Указанный диапазон обусловлен тем, что в него входят такие составляющие, которые определяют общее давление в аналитической камере и позволяют определить парционное давление влаги.

После регистрации остаточного фона в аналитической камере и исключения связи камеры разгерметизации с аналитической камерой осуществляют разгерметизацию анализируемого корпуса 12. Разгерметизацию проводят путем прокалывания корпуса через приваренную крышку, так как она имеет наименьшую толщину и легче поддается прокалыванию.

В результате прокалывания корпуса 12 содержащаяся в нем среда при давлении, близком к нормальному, под действием имеющегося в камере разрежения равномерно распространится по объему камеры 1 разгерметизации. После прокалывания открывают натекатель 11, соединяющий камеру разгерметизации 1 с аналитической камерой 8, и осуществляют контролируемое натекание анализируемой среды из камеры 1 разгерметизации в аналитическую камеру 8. Контроль натекания осуществляют по изменению давления в камере анализа. Натекание пробы осуществляют до момента, пока давление в аналитической камере 8 не превысит на два порядка исходное давление и составит 10^-5 мм рт.ст., что соответствует наиболее оптимальным условиям работы датчика 6 масс-спектрометра и получению необходимой точности измерения.

После этого повторно регистрируют масс-спектр в аналитической камере 8 в диапазоне 1-44 а.е.м., вычитают из полученного спектра спектр фона. Затем определяют отношение парциального давления влаги к общему давлению в камере анализа. Полученную величину умножают на давление в подкорпусном объеме перед анализом, которое в свою очередь определяется как отношение произведения давления в камере разгерметизации 1 (после прокалывания) на ее объем к объему анализируемого корпуса 12. Полученное значение соответствует парциальному давлению влаги в подкорпусном объeме анализируемой микросхемы, что и является критерием содержания влаги внутри корпуса.

П р и м е р. Данный способ бел реализован на примере испытаний корпуса "Муфта" (4118, 24-2), имеющего объем внутренней полости 80,3 мм³.

Предварительно корпус с микросхемой герметизировали ионной контактной сваркой путем приварки к нему коваровой крышки. Толщина крышки 0,1 мм.

Герметизацию корпуса проводили в азоте после осуществления термовакуумной сушки. Затем корпус помещали в камеру 1 разгерметизации (объемом V_кр.) через загрузочное окно 2 (см. фиг. 1). Объем камеры разгерметизации равен 5,6 дм³. Камеру разгерметизации 1 с помощью разделительного вакуумного вентиля 3 соединяли с аналитической камерой 8 (объемом V_ск), после чего откачивали обе камеры до вакуума 10^-9 мм рт.ст. После откачки нагревали камеры 1 и 8 до температуры 150^оС и выдерживали при этой температуре 15 ч. Измерение фонового содержания влаги в камерах 8 ррм. Затем камеры охлаждали до температуры 100^оС и перекрывали средствами откачки.

На фиг. 2 представлен масс-спектр фоновой атмосферы в аналитической камере, полученный непосредственно перед анализом при перекрытых средствах откачки.

После разгерметизации корпуса и напуска пробы в аналитическую камеру до давления 10^-5 мм рт.ст. состав анализируемой пробы характеризовался масс-спектром, показанным на фиг. 3.

Разделив значение амплитуды спектральной линии влаги (А) на суммы спектральных линий составляющих компонент (Σ Ai), определяющих давление в аналитической камере, получали относительный вклад воды в общее давление анализируемой пробы
A= = = 10^-2
Для определения парциального давления полученную величину умножали на давление в подкорпусном объеме перед разгерметизацией корпуса.

Значение давления в подкорпусном объеме микросхемы опpеделяют по выражению
P_cx= = ≈ 700 мм рт.ст. где Р_кр - давление в камере 1 после разгерметизации.

Полученному значению, пользуясь переводной таблицей, определяли абсолютную влажность и точку росы для данного примера, значения которых составили соответственно 7,4 г/м³ и 7^оС по точке росы.

В лабораторных условиях был опробован данный способ путем испытания образцов сварных корпусов на коррозионную стойкость по величине содержания влаги внутри корпуса. Испытания показали, что данный способ обеспечивает количественный анализ содержания влаги в объеме подкорпусной атмосферы с высокой точностью и чувствительностью (до 10^-6ат.%). Он может найти применение на предприятиях отрасли, выпускающих элементы вычислительной техники и другие изделия с полыми корпусами, атмосфера которых влияет на качество и надежность работы загерметизированных изделий.

Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов и микросхем и может быть использовано при разрушающих методах контроля влажности внутри корпусов интегральных схем. Целью изобретения является упрощение анализа, что достигается путем обеспечения возможности безэталонного анализа. Устройство для осуществления способа содержит камеру 1 разгерметизации, загрузочное окно 2, вакуумный вентиль 3, вакуумный вентиль 4, датчик 5 давления, квадрупольный датчик 6 масс-спектрометра, вакуумный вентиль 7, аналитическую камеру 8, ионный насос 9, вакуумный шибер 10, натекатель 11, анализируемый корпус 12, второй вакуумный шибер 13, вакуумный насос 14, иглу 15 для прокаливания корпуса микросхемы, вакуумный вентиль 16, датчик давления 17 и систему 18 обогрева вакуумных камер. 3 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГИ В КОРПУСЕ МИКРОСХЕМЫ, при котором помещают корпус микросхемы в камеру разгерметизации, производят откачку камеры разгерметизации до высокого вакуума, нагревают внутренний объем камеры разгерметизации до температуры более 150^oС, выдерживают при данной температуре и давлении в течение 12 - 18 ч, затем охлаждают до температуры 100^oС, производят разгерметизацию корпуса и определяют количество влаги в корпусе по масс-спектру, отличающийся тем, что, с целью упрощения анализа за счет обеспечения возможности проведения безэталонного анализа, после размещения испытуемой микросхемы в камере разгерметизации подключают к камере разгерметизации аналитическую камеру и производят их совместную откачку до высокого вакуума, нагрев и охлаждение, после чего перекрывают средства откачки обеих камер, регистрируют остаточный масс-спектр фоновой атмосферы аналитической камеры в диапазоне 1 - 44 атомной массы, исключают связь камеры разгерметизации с аналитической, а после разгерметизации корпуса вновь открывают связь между камерой разгерметизации и аналитической камерой, осуществляют натекание среды из камеры разгерметизации в аналитическую камеру до давления на один-два порядка выше исходного давления в аналитической камере, измеряют давление в камере разгерметизации, повторно регистрируют масс-спектр в аналитической камере в указанном диапазоне, вычитают из зафиксированного спектра спектр фона и по значениям полученного спектра определяют парциальное давление влаги в испытуемом корпусе микросхемы по выражению

где - парциальное давление влаги в испытуемом корпусе перед его разгерметизацией, Па;
- амплитуда спектральной линии, А;
ΣA_c - сумма спектральных линий составляющих компонентов, определяющих давление в аналитической камере, А;
P_кр - давление в камере разгерметизации после прокалывания корпуса, Па;
V_кр - объем камеры разгерметизации, м³;
V_сх - объем анализируемого корпуса, 10м³.