Способ ускоренных испытаний моп-интегральных микросхем на пластине

Комитет Российской Фе по патентам и товарным ации накам САН Е ИЗОБРЕ К ПАТЕН енерно-физическии инстиОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙНЫХ МИКРОСХЕМ НА етения: способ ускоренных исости МОП-интегральных мик(21) 4900457/21(57) Сущность изобрпытаний на надежн 47-48ерно-физический институтнич И.ИКурин Ф.УОнопко 19) КЦ (1 ц 5 Ц 5 0 61 К 31 28 0 61 К 31 2 б росхем, который заключается в том, что объект контроля облучают ионизирующим излучением, получают информативный параметр, который сравнивают с полем допусков, делают вывод о годности объекта испытания, отличительной особенностью которого является предварительное определение необходимой дозы у-излучения, увеличивают значение полученной дозы у-излучения в 1,1 - 1,3 раза, а затем производят отжиг в течение 3 мин и понижают температуру до комнатной в течение 30 мин, затем производят контроль выбранных параметров объекта контроля. 2 ил.Изобретение относится к электроннойтехнике, а точнее - к контролю надежностиинтегральных микросхем с МОП-структурой(МОП ИМС).Изобретение эффективно может быть 5использовано в производстве МОП ИМС,включая БИС и СБИС.Известно применение способа ускоренных испытаний готовых ИМС (в корпусах)при повышенной температуре (РЮр 3. 10Кэзз, НеаОп 9 зрееоз всгосгсц 1 ззсгееппд, "АчаОоп ччее 1 апб ЯрасеТесЬпо, 1976, ч. 105, М 14, р. 57 - 68). Показано, что при отбраковке ненадежных микросхем при температуре 50 С длительность 15испытаний должна составлять около 100000 ч.при температуре 125 С - 1000 ч, а при температуре 200 С - 10 ч. Этот способ являетсяв настоящее время стандартным в электронной промышленности. Согласно ГОСТ 2018725 - 83, испытания проводятся в течение-500 ч при максимально допустимой рабочейтемпературе по ТУ.Применительно к МОП ИМС этот способимеет существенный недостаток, заключающийся в том, что используется дорогостоящее оборудование со значительнымпотреблением энергии, а также изделия вкорпусах,Известен другой способ испытаний 30приборов с МОП-структурой (а, с. СССР И.1114992, кл, 6 01 Р 31/26, 1982), в которомиспользуется нагрев и охлаждение иэделияи измерения электрических параметровМОГ-структуры, Этот способ может быть 35реализован нэ пластине, Его недостаткомприменительно к МОП БИС и СБИС является невозможность контроля электрическихпараметров элементов внутри микросхемы,Известен способ испытаний полупроводниковых элементов на надежность наэтапе, когда пластина еще не разрезана наотдельные кристаллы (патент ФРГ М2833780, кл. Н 01 1. 21/66, 1980). В этомспособе испытания проводятся при повышенных значениях температуры и напряжения в течение 24 ч. Для выявленияотказавших элементов на пластину дополнительно наносятся токопроводящие дорожки,по которым подводятся повышенные напряжения. При выходе элементов из строя этидорожки выгорают, После испытаний дополнительные дорожки стравливают.Недостатком этого способа являютсядополнительные операции нанесения и 55стравливания токопроводящих дорожек, изготовление специальных приспособленийдля подачи повышенного напряжения.Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является способ испытаний полупроводниковых ИМС до разделения подложки на кристаллы, включающий в себя задание коэффициента жесткости, связывающего ток в подложку со сроком службы изделия, который зависит от увеличения плотности поверхностных состояний (ПС) на границе раздела Я - ЯЮ 2, и воздействие ионизирующего излучения (ИИ) до дозы, вызывающей отказ изделий (патент США В 4816753, кл, 6 01 Р 31/26, 324-158, опубл. 1989). Строятся диаграммы зависимости дозы ИИ от коэффициента жесткости и производится оценка срока службы приборов.Недостатком этого способа является необходимость проведения дополнительных исследований для установления связи срока службы изделия с током в подложку, связанным с критической величиной плотности ПС. Кроме того, в способе не учитывается роль обьемных ловушечн ых центров в подзатворном оксиде,Целью изобретения является сокращение временных, материальных и энергетических затрат при ускоренных испытаниях на надежность МОП ИМС,Заявленный способ удовлетворяет критерию "существенные отличия", т.к, установление связи коэффициента жесткости с плотностью ПС и сроком службы по току в подложку ИМС заменено на установление зависимости между интенсивностью отказов и вероятностью их отказа при воздействии дозы ИИ с последующим низкотемпературным отжигом, и обеспечивает достижение положительного эффекта, выраженного целью изобретения, Описание достижения сходного эффекта за счет отказа от установления связи коэффициента жесткости с плотностью ПС и сроком службы по току в подложку ИМС в патентной и научно-технической литературе не найдено. Сущность изобретения заключается в том, что ускоренные испытания на надежность МОП ИМС проводятся до разрезания пластины на кристалль 1 на основе установленной для данного типономинала изделия зависимости между вероятностью отказа при воздействии ИИ от уровня дозы ИИ в операции обучение - низкотемпературный отжиг, Контроль стандартных параметров МОП ИМС проводится до и после операции облучение-отжиг в режимах и условиях, указанных в ТУ для испытаний на надежность,Такой способ ускоренных испытаний обеспечивает сокращение длительности испытаний МОП ИМС, материальных затрат на посадку в корпус ненадежных изделий и2005308 энергетических затрат на длительную выдержку их при повышенных температурах в электрическом режиме, Кроме того, такой способ обеспечивает 100-ный контроль надежности выпускаемых изделий,В основе предлагаемого способа ускоренных испытаний МОП ИМС на надежность положены следующие физические принципы, Воздействие ИИ приводит к разрыву напряженных валентных связей вследствие так называемых подпороговых механизмов дефектообразования, В результате этого происходит деградация полупроводниковых приборов, Причем процесс дефектообразования идет не только на границе раздела полупроводник - оксид (образование ПС), но и в приповерхностной области полупроводника и в обьеме пленки оксида, Процесс подпорогового. дефектообразования, вызывающий деградацию полупроводниковых приборов, происходит и при повышенных температурах. Однако в этом случае скорость его значительно меньше, и требуется длительное время испытаний. Отжиг после облучения устраняет дефекты, которые со временем исчезают. Этот же процесс наблюдается при повышенных температурах во времени(см, Герасимов А, БАигина Н. Р., Умангишвили Л. И, и др. Зарубежная электронная техника, 1979, вып, 1 (196), с, 3 - 47, рис, 1).П р и м е р, Проводились ускоренные испытания МОП ИМС типа КМ 132 РУ 5 при воздействии гамма-лучей от источника Со в диапазонедоз 2,5 10 - 11,1 10 раз(31) с последующим отжигом при +400 С в течение 60 мин. Получен график. зависимости верхней оценки вероятности отказов о у от Формула изобретенияСПОСОБ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ МОП-ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ НА ПЛАСТИНЕ, в соответствии с которым объект испытания облучают иониэирующим излучением, получают информативный параметр, который сравнивают с полем допуском, делают вывод о годности объекта испытания. отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения процесса испытания эа счет сокращения временных, материальных и энергетических затрат, предварительно определяют необходимую для испытания дозу)-излучения для данного типономинала объекта испытания следующим образом: объект испытания облучают у-излучением в диапазоне доз 2,5 ф 104 дозы ИИ в операции облучение - отжиг,который представлен на фиг, 1,В соответствии с заданным значениемвероятности отказов ц, предельно допу 5 стимым в режиме испытаний на надежностьв течение 500 ч и рассчитанным, исходя изфплана контроля по ТУ (ц = - - 0,92/15 =и=0,06, где Кр - коэффициент, выбираемыйпо ГОСТ: 25359 - 82 в зависимости от установленного допустимого числа отказов А изначения доверительной вероятности р(для А =О, р =0,6, Кр=0,92) и и - количествоизделий при испытаниях определяетсяо у = сп по зависимости на фиг. 1 - нижнийуровень дозы ИИ (не менее 5,3 10 рад),В данном примере рекомендуемыйрежим ускоренных испытаний; дозаИИ 6,5 10 рад (31) с последующим отжигом при +400 С в течение 60 мин. Времяподьема температуры до +400 С и времяохлаждения до комнатной температуры равны и составляют по 30 мин, Сравнение состандартными испытаниями на надежностьв течение 500 ч при температуре +1000 Споказывает, что коэффициент ускорениявозрос с 2,5 до 200, Экономия материальныхи энергетических затрат не оценивалась,Корреляция результатов, ускоренныхиспытаний по предложенной и стандартнойметодикам показаны на фиг. 2. Коэффици.ент корреляции составляет Кк,р = 0,96,35 (56) Авторское свидетельство СССРМ 1114992, кл. (3 01 В 31/26, 1982,Патент США М. 4815753, кл. 6 01 В31/26, 1989. 411,110 рад(Я), в качестве источника излучения выбирают кобальт - 60(Со ), затем производят отжиг при температуре 400 С в течение 60 мин, затем контролируют выбранные параметры обьекта испытания, получают экспериментальную зависимостьвеРоЯтности отказа цу от дозы-иэлУчениЯ, определяют из технических условий табличное значение предельно допустимой вероятности отказа объекта испытания, которое используют для определения оптимальной дозы у-излучения испытания по экспериментально полученной эависимо сти вероятности отказа 9, полученное значение дозы у-излучения увеличивают в 1,1 - 1,3 раза, и используют его при испытаниях, которые производят следующим образом: облучают объект испытания2005308 полученным значением дозы -излучения, затем производят отжиг в течение 30 мин, затем температуру понижают до комнатО.ЭО 0,25 О,20 0.15 ОЛО 0.05 1 В 005 О,И 0,12 02 6.03 О.ОФ 0.08 0,06 Чь О,ОО 4 Еной в течение 30 мин, производят контроль выбранных параметров объекта испытания.