Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что надежность любого изделия, заложенная при конструировании, обеспечивается технологическим процессом изготовления. Технологические отбраковочные испытания полупроводниковых изделий (ПЛИ) (диодов, транзисторов и интегральных схем), объем которых устанавливается изготовителем в зависимости от вида приемки изделий, их конструктивно-технологических особенностей, технических и экономических возможностей изготовителя, служат для повышения надежности партий изделий путем отделения потенциально ненадежных. Одним из важных факторов, влияющих на надежность интегральных схем (ИС) и полупроводниковых приборов, является воздействие электростатических разрядов (ЭСР).
В настоящее время известно, какой вред ПЛИ приносит электростатический заряд (ЭСЗ). Аккумуляция заряда на пластинах и фотошаблонах приводит к потерям в выходе годных ПЛИ, так как заряженная пластина или фотошаблон подобно "пылемагниту" способны собирать частицы пыли даже в самой чистой среде. Анализ показывает, что до 65 % отказов МОП ИС на некоторых предприятиях-изготовителях ИС вызвано воздействием ЭСЗ.
ПЛИ восприимчивы к электростатическим зарядам, поэтому подвергаются опасности как в процессе производства, так и в процессе применения. Неантистатическая упаковка, недостаточно грамотное обращение с ИС на входном контроле, в процессе монтажа ИС при изготовлении электронных блоков и при эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) — эти факторы могут быть причиной выхода ПЛИ из строя под действием ЭСЗ.
По мнению ряда авторов, средние ежедневные потери электронной промышленности США от ЭСЗ составляют от 10 до 18 % продукции. За год затраты, обусловленные потерями от воздействия ЭСЗ на ПЛИ и ремонтом или дополнительным обслуживанием оборудования, составляют в сумме около 10 млрд. долларов.
По мнению исследователей США, воздействие электростатических разрядов вызывает 16—22 % всех отказов у изготовителей ИС; 9—15 % у различных субподрядчиков, 8—14 % у изготовителей радиоэлектронной аппаратуры и 27—33 % у потребителей аппаратуры.
Проведенный на заводе "Сплав" анализ ИС серии К561, изготовленных по МОП-технологии и отказавших у потребителей за период 1986— 1990 гг., показал, что около 35 % общего числа зарекламированных ИС потеряли свою работоспособность вследствие воздействия ЭСР. На приемосдаточных испытаниях по этим же причинам было забраковано порядка 30 % общего числа бракованных изделий.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I
БИБЛИОТЕКА {
Отбраковочные испытания потенциально ненадежных ППИ, в первую очередь электротренировка, занимают много времени, требуют сложное громоздкое стендовое оборудование, больших затрат электроэнергии и площадей для его размещения.
В связи с этим в настоящее время большое распространение получили так называемые альтернативные диагностические методы отбраковки потенциально ненадежных изделий с меньшими экономическими затратами, но не с менее, а зачастую и более эффективными результатами.
Поэтому считаем, что изучение влияния ЭСР на ИС позволит оценить стойкость последних и разработать диагностические методы отбраковки потенциально надежных ИС.
Работа выполнялась по теме ГБ 2001-34 «Изучение технологических и физических процессов в полупроводниковых структурах и приборах» и ГБ 2004-34 «Исследование полупроводниковых материалов, приборов и технологии их изготовления».
Цели и задачи работы. Целью данной работы является исследование влияния ЭСР на ИС и разработка методов отбраковки ненадежных ИС. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:
-
Провести эксперименты по влиянию электростатических разрядов на ИС типа КР537РУ13 с целью определения наиболее опасного пути прохождения ЭСР; изучения влияния полярности ЭСР на данные ИС; изучения влияния температуры окружающей среды, термоциклов, механических ударов и испытаний на безотказность на количество электростатических импульсов, приводящих к отказам; определения зависимости критического напряжения питания от ЭСР.
-
Провести эксперименты по влиянию ЭСР на динамические параметры ИС.
-
Провести расчет термических эффектов, возникающих при воздействии ЭСР на металлизацию ИС.
-
Разработать способ разделения ИС по надежности.
-
Создать способ определения потенциально ненадежных цифровых ИС.
Научная новизна работы. В работе получены следующие новые научные и технические результаты:
-
Выявлен наиболее чувствительный путь к прохождению ЭСР у ИС типа КР537РУ13 - через входы и общую точку, и наиболее опасная полярность ЭСР («-» на вход, «+» на общую точку).
-
Показано, что механические, климатические, электрические воздей-сівия и испытания на безотказность снижают стойкость ИС к ЭСР
-
Показано, что воздействие ЭСР ухудшает динамические параметры ИС.
-
Проведен расчет термических эффектов, возникающих при воздействии ЭСР на металлизацию ИС.
-
Разработан способ разделения ИС по надежности.
-
Разработан способ определения потенциально ненадежных цифровых ИС.
Реализация результатов работы, практическая ценность.
-
Разработанный способ разделения ИС по надежности позволяет осуществить разделение партии ИС путем измерения значений критического напряжения питания до и после воздействия электростатическими разрядами. На способ разделения ИС по надежности подана заявка на изобретение.
-
Разработанный способ определения потенциально ненадежных цифровых ИС позволяет осуществить отбраковку потенциально ненадежных схем путем измерения временных (динамических) параметров при пониженном и номинальном напряжении питания по всем входам раздельно. На способ определения потенциально ненадежных цифровых ИС получено решение о выдаче патента на изобретение от 22.03.05 г. по заявке 2004111969/28(012756).
Основные положения и результаты, выносимые на защиту.
-
Снижение стойкости ИС к ЭСР после воздействия внешних дестабилизирующих факторов.
-
Результат воздействия ЭСР на критическое напряжение питания ИС.
-
Влияние ЭСР на динамические параметры ИС.
3 Расчет термических эффектов, возникающих при воздействии ЭСР на металлизацию ИС.
-
Способ разделения ИС по надежности.
-
Способ определения потенциально ненадежных цифровых ИС.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на' 10 и 11 Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2004, 2005), восьмой ежегодной Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2002), 9 Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 2003), Международном научно-техническом семинаре «Шумовые и де-градационные процессы в полупроводниковых приборах», (Москва, 2003),
41 - 45 конференциях профессорско-преподовательского состава, студентов, аспирантов и сотрудников ВГТУ (Воронеж, 2001 - 2005).
Публикации работы. Основные результаты работы изложены в 9 публикациях.
В совместных работах автору принадлежит экспериментальная часть, поиск и разработка принципов новых диагностических методов оценки надежности ИС, обсуждение результатов.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, изложенных на 131 странице, включая 24 рисунка, 20 таблиц, библиографический список из 71 наименования и приложений на 28 страницах.
