Способ испытаний интегральных микросхем

ОЮЭ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 179538 А 1 РЕСПУБЛИ 51)5 6 01 Я 31/28 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) ф ряэинский филиал Центрального науч. но-исследовательского института "Циклон" (72) Ю,А.Демочко, В.В.Мащенко и А,Н.Рабодзей(56) Авторское свидетельство СССР М 1228052, кл. 0 01 Я 31/28, 1986.Ахаткин А.ЛТеверовский А,А, Ускорение испытания металлизации ИС, герметизированных в пластмассу, на корроэионный отказ. Тезисы докладов И Всесоюзной конференции "Моделирование отказов и имитация на ЭВМ статистических испытаний ИМС и их элементов", 1989, г,Суздаль. Изобретение касается контроля качества полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, выполненных по КМОП технологии, и может быть использовано на этапе их производства.Известен способ контроля качества и надежности микросхем, механизмы отказов которых обусловлены присутствием влаги, основанный на измерении поверхностной проводимости кристалла при температуре +20 С и в процессе его охлаждения до - 20 С. О качестве микросхем судят по изменению тока утечки в процессе охлаждения, а об их надежности - по минимальному значению разности токов утечки, измеренных при 20 С и в диапазоне 0 - 10 С,Недостатком этого способа является невозможность выявления причин отказа: наличие влаги внутри корпуса или недостаточная коррозионная устойчивость металлизации испытуемых микросхем,(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ(57) Изобретение касается контроля качества полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, выполненных по КМОП - технологии. Цель изобретения - повышение достоверности и сокращение продолжительности испытаний разгерметизированных КМОП интегральных схем с алюминиевыми электродами, С момента достижения установившегося режим осуществляют контроль тока потребления испытуемых микросхем, фиксируют момент начала развития корроэионного процесса по увеличению тока потребления. 1 ил. Известен способ испытаний микросхем при повышенной температуре(+110 - 150 С), влажности окружающей среды свыше 857 ь, избыточном давлении около 1 атм., и воз.- действии электрической нагрузки(т.е. ТВН- испытания).При проведении подобных испытаний . создаются автомодельные условия для воспроизведения коррозионных отказов металлиэации в микросхемах, Кроме того, высокий коэффициент ускорения обеспечивает приемлемую в условиях производства продолжительность испытаний.Контроль испытуемых иэделий при. ТВН-испытаниях проводится или по функционированию, или по целостности какого- либо участка цепи(шины металлизации), что не позволяет достоверно фиксировать начало коррозионного процесса и существенно удлиняет испытания.Целью изобретения является повышение достоверности контроля и сокращение продолжительности ТВ Н - испытаний металлизации КМОП ИС на коррозионную стойкость, Поставленная цель достигается тем, что испытуемые микросхемы помещают в насыщенную влагой атмосферу при повышенной температуре, подключают электрический режим и выдерживают их под воздействием этих условий, в процессе испытаний осуществляют контроль тока потребления испытуемых микросхем, фиксируют момент начала корроэионного процесса по увеличению тока потребления на заданную величину, а о коррозионной стойкости испытуемых микросхем судят по величине интервала времени от начала испытаний до момента возрастания тока потребления. Применительно к микросхемам в корпусе со свободным внутренним обьемом (металлокерамических и др.), испытуемые микросхемь 1 предварительно разгерметизируют.Физические основы заявляемого технического решения следующие,Формирование тока потребления в КУОП ИС при развитии коррозионных отказов связано с двумя основными факторами, а именно: протеканием тока утечки через собственно полупроводниковую структуру и протеканием тока в адсорбированной пленке воды на поверхности кристалла между контактными площадками и шинами, находящимися под различными потенциалами, Величина первой компоненты в КМОП ИС весьма мала и находится обычно в диапазоне единиц микроампер, Величина второй компоненты тока потребления определяется приложенными между контактными площадками и шинами напряжением, поверхностной проводимостью пленки воды и поляризационным сопротивлением на поверхности корродирующих электродов (контактных площадок и шин). Величина поверхностной проводимости достаточно велика (10 Сим), так как перенос зарядов в пленке воды в основном осуществляется за счет электролиза воды на ионы Н и ОН; (Ионные примеси С, К и др. быстро мигрируют к электродам и в установившемся процессе протекания тока через пленку воды участия не принимают). Основным фактором, ограничивающим ток через пленку воды, является возможность разряда ионов на поверхностях электродов. В обычных условиях алюминиевые электроды покрыты пленкой А 20 з, которая и препятствует разряду ионов. Процесс коррозии начинается с разрушения пленки А 20 з, Происходит это следующим образом. Процесс на катодеописывается формулой;Не-ф Нг Ф (1)Выделение водорода приводит к локально 5 му росту концентрации ионов ОН в прикатодной области, что способствует созданиюв ней щелочной среды, В свою очередь, щелочные свойства электролита приводят кразрушению (растворению) пленки А 20 з."0 При этом обнажается чистая поверхностьА, на которой облегчаются условия разряда+ионов Н, что приводит к резкому возрастанию тока через поверхностную пленку воды(как следует из проведенных эксперимен"5 тов, в 50-100 раз). Это сопровождается ростом тока потребления, в которомкомпонента тока становится преобладающей.Дальнейшее развитие коррозионногопроцесса описывается формулой:А ОН -+ А(ОН)з 1, (2)Гидроксид алюминия, выпадающий в.осадок, имеет рыхлую структуру, не препятствующую развитию коррозии, что приво 25 дит к разрушению металлизации.Следует отметить, что скорость процесса нейтрализации ионов водорода в прикатодной области, описываемого формулой(1) в основном определяется скоростьюпроникновения электронов через пленкуА 20 з, В свою очередь, эта скорость, сравнительно низкая для бездефектного слояА 20 з, резко возрастает при наличии примесей, механических нарушений и других деЗ 5 фектов в пленке А 20 з,В соответствии с изложенным выше,собственно началом коррозионного процесса следует считать момент разрушенияпленки А 20 з, о котором свидетельствует40 резкое увеличение тока потребления, а критерием коррозионной стойкости - время,прошедшее от начала испытаний, что наэтом этапе, другие, общепринятые способыобнаружения проявлений коррозии(напри 45 мер, микроскопическое обследование) неэффективны, так как существенногоколичества регистрируемых продуктов коррозии (А(ОН)з) еще не имеется.Сопоставительный анализ заявляемогорешения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа.тем, что в процессе испытаний контролирует ток потребления испытуемых микросхем,.момент начала коррозии фиксируют по уве 55 личению тока потребления на заданную величину, а о коррозионной стойкости судятпо интервалу времени от начала испытанийдо момента возрастания тока потребления.1795386 5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 Таким образом, заявленный способ соответствует критерию "новизна",Известны технические решения, в которых используются признаки, сходные с отличительными признаками заявляемогоспособа,Однако использование всех существенных признаков заявляемого техническогорешения в указанной их совокупности обеспечивает достижение новых свойств заявляемого технического решения - а именнополучение возможности достоверной регистрации ранних проявлений процесса коррозии металлиэации, что способствуетсокращению продолжительности испытаний,Значения параметров режима испытаний выбирают в пределах;,температура +120 - 145 С,относительная влажность 85-100;.При этом избыточное давление, согласно уравнению Менделеева-Клайперона длязамкнутого объема является функцией температуры и относительной влажности и лежит в пределах 1 - 2 атм,Браковочную норму по току потребления, при превышении которой фиксируетсяначало коррозионного процесса, целесообразного устанавливать в 20 - 50 раз вышестатического тока потребления по ТУ.Напряжение питания испытуемых микросхем целесообразно устанавливать порядка 60-70 от номинального по ТУ(например, для серии 564 - 10 В) с целью сни, жения вероятности пробоя.Выбранные значения параметров испытательного режима, браковочной нор-"мы и максимальной продолжительностииспытаний с учетом требований по обеспечению производительности. и автомодельности могут быть уточнены путемиспытаний нескольких выборок микросхем данного типа. Формула изобретения Способ испытаний интегральных микросхем, заключающийся в том, что испытуемые микросхемы помещают во влажную атмосферу при повышенной температуре, подключают электрический режим и выдерживают микросхемы в течение заданного времени в установившемся режиме, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности и сокращения продолжительности испытаний разгерметизированных КМОП, интегральных схем с В качестве испытательного оборудования может быть использован медицинский стерилизатор ВК - 75, обеспечивающий получение температуры до 110 - 130 С при влажности до 100,Состав атмосферы в испытательном обьеме соответствует стандартному.Регистрация тока может быть осуществлена как суммарно, по всем образцам испытуемых микросхем, так и индивидуально, по каждой из них. Для этого, например, может быть использован прибор МцЫэсгрс.На чертеже приведен экспериментальный график изменения суммарного тока потребления микросхем типа 564 ЛЕ 5 (5 шт,) при.избыточном давлении 1 атм., относительной влажности 100 и температуре 120 С, Перед испытаниями микросхемы разгерметизировались и распаивались согласно схеме измерения тока потребления в статическом режиме по ТУ на медные луженые оловом шины, После распайки места пайки тщательно промывались в спирте с целью удаления коррозионно-активных следов флюса. Затем микросхемы помещали в автоклав и после выхода на режим по внешним условиям подавали напряжение питания (10 В). Контроль тока потребления осуществлялся непрерывно. Начальное эначение тока потребления составляло 1-3 мкА, а по истечении 4-х часов испытанийпревышало 3 мА.С.целью оценки изменения компонент тока потребления, связанных с утечками (по 35 корпусу, поверхности кристалла и через обратносмещенные р-п-перехода), проводились испытания герметичных микросхем в указанных выше условиях. Продолжительность испытаний состевила 14 ч, За время испытаний ток потребления выборки из 5 шт.возрос с 1 - 2 мкА до 3 - 6 мкА, что намного (всотни раз) меньше, чем вследствие развитиякоррозионного процесса,алюминиевыми электродами с момента достижения установившегося режима, осуществляют контроль тока потребления испытуемых микросхем, фиксируют момент начала развития коррозионного процесса по увеличению тока потребления на заданную величину, а о коррозионной стойкости испытуемых микросхем судят по длительности временного интервала от момента достижения установившегося режима до момента возрастания тока потребления.