Диагностический контроль качества и надежности кремниевых биполярных интегральных схем

• Автор: Бордюжа, Олег Леонидович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
МЕТОДЫ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
1.1. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИС, РАСПРОСТРАНЕННЫЕ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
1.1.1. ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ
1.1.2. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИС В УСЛОВИЯХ, УВЕЛИЧИВАЮЩИХ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ К ДЕФЕКТАМ ,
1.1.3. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ИХ ДИАГНОСТИКИ
ПО КАЧЕСТВУ НАПАЙКИ КРИСТАЛЛОВ
1.1.4. ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНО НЕНАДЕЖНЫХ ИС ПО ШУМОВЫМ КРИТЕРИЯМ НИЗКОЧАСТОТНОГО СПЕКТРА
1.2. ВЫЯВЛЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНО НЕНАДЕЖНЫХ ИС МЕТОДОМ АНАЛИЗА ФОРМ (ПАРАМЕТРОВ) ДИНАМИЧЕСКОГО ТОКА ПОТРЕБЛЕНИЯ
1.2.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА
1.2.2. ДИАГНОСТИКА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПО ПАРАМЕТРАМ ФОРМЫ ДИНАМИЧЕСКОГО ТОКА ПОТРЕБЛЕНИЯ
1.3. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ИС, ОСНОВАННЫЕ НА КРИТИЧЕСКОМ НАПРЯЖЕНИИ ПИТАНИЯ
1.3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ
1.3.2. КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ИС ПРИ КРИТИЧЕСКОМ НАПРЯЖЕНИИ ПИТАНИЯ
1.3.3. МОДИФИКАЦИИ МЕТОДА КРИТИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ
1.3.4. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИС ПО КРИТИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА
НОВЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ БИПОЛЯРНЫХ ИС, ОСНОВАННЫЕ НА КРИТИЧЕСКОМ НАПРЯЖЕНИИ ПИТАНИЯ
2.1. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.2. НОВЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ИС, ОСНОВАННЫЕ НА НЕПОСРЕДСТВЕННОМ ИЗМЕРЕНИИ КРИТИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ
2.3. МЕТОД ДИАГНОСТИКИ ИС, ОСНОВАННЫЙ НА ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЯХ КРИТИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ
2.3.1. ПЕРВЫЙ ЭТАП

2.3.2. ВТОРОЙ ЭТАП
2.3.3. РАЗБРАКОВКА ПО УРОВНЯМ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ИС ТИПОВ КР142ЕН12 И КР142ЕН18
2.4. МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ ИС С ДЕФЕКТАМИ ПО НАПАЙКЕ КРИСТАЛЛОВ
2.4.1. ОПИСАНИЕ МЕТОДА
2.4.2. РАЗБРАКОВКА ИС ТИПА КР142ЕН12 МЕТОДОМ "ТОК-КНП"
Выводы К ГЛАВЕ
ГЛАВА
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
ЗЛ. ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОСТИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ИС КАК НОСИТЕЛИ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
3.2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ИС
3.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ АНАЛОГОВОЙ СИГНАТУРЫ НЕЛИНЕЙНОСТИ
3.4. ОПРОБОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ НА ИС ТИПА КР142ЕН18
3.4.1. РАЗРАБОТКА ПРАВИЛА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ О ВИДЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ИС
3.4.2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ СИГНАТУР НЕЛИНЕЙНОСТИ ВАХ ВХОДНЫХ ЦЕПЕЙ ИС ТИПА КР142ЕН18
3.5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ АСН К
ИЗМЕНЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАССМОТРЕННЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПО РАЗЛИЧНЫМ КРИТЕРИЯМ
4.1. РАСЧЁТ ВЕЛИЧИНЫ ВЗАИМОЗАВИСИМОСТИ МЕТОДОВ МЕЖДУ СОБОЙ
4.2. ПРОВЕРКА ОДНОРОДНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ
ПАРТИИ ИС РАЗЛИЧНЫМИ ДИАГНОСТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
4.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ НОВЫХ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ ИС
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛЕЙ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НА PSP1CE
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ИС ТИПА КР142ЕН18

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Среди множества проблем современной полупроводниковой электроники особое место занимает проблема качества и надежности выпускаемой продукции. Страны с развитой электронной промышленностью (США, Япония и др.) ежегодно затрачивают огромные средства на повышение качества и надежности своей продукции

Известно, что в интегральных схемах (ИС) на ряде технологических операций вводятся внутренние механические напряжения (МН) как результат нагрева (термические МН), легирования (концентрационные МН), нанесения и травления различных функциональных слоев (структурные и межфазные МН). В поле механических напряжений резко ускоряется подвижность точечных дефектов, изменяется их равновесная концентрация и дефектная структура эволюционирует в направлении формирования макроскопических дефектов, наличие которых в ИС резко ухудшат ее надежностные характеристики [2].
Одной из особенностей производства изделий электронной техники (ИЭТ) является то, что в каждой выпускаемой партии изделий, полностью соответствующей по качеству требованиям нормативно-технической документации, то есть техническим условиям (ТУ) и конструкторской документации (КД), имеются изделия, различающиеся по надежности на два и более порядка, то есть присутствуют изделия со скрытыми дефектами, которые могут отказать как в период приработки, так и в период нормальной работы, и изделия, которые обладают повышенной по сравнению с основной массой изделий надежностью. Для устранения из партии потенциальноненадежных ИЭТ проводятся сплошные отбраковочные испытания, включающие испытания при повышенных и пониженных температурах, термоциклирование, электротермотренировку (ЭТТ) и т.п.
Мечтой производственников является нахождение такого метода отбраковки ИЭТ в процессе их производства, который позволял бы, во-первых, отбраковать потенциально-ненадежные изделия; во-вторых, заменить длительные и дорогостоящие отбраковочные испытания, например ЭТТ, на диагностические методы, которые были бы не менее эффективными, но более дешевыми.

Из рис. 1.10 видно, что площадь петли гистерезиса для седьмого термоцикла резко отличается от площади петли для второго термоцикла. По-видимому, в ИС происходит накопление деградационных изменений, которые могут приобрести усталостный характер. Из этого следует, что площадь петли гистерезиса является весьма информативным параметром, позволяющим уже на ранних стадиях испытаний обнаруживать деградационные изменения полупроводниковой структуры. По скорости роста площади петли можно экстраполировать поведение ИС во времени и оценить таким образом срок службы конкретной ИС при помощи методик, широко распространенных в задачах граничных испытаний.
‘ Теперь рассмотрим методологию оценки качества МОП и КМОП ИС. Пороговое напряжение является одним из наиболее чувствительных параметров МОП -транзисторов к изменению свойств их материалов. Однако в сложных ИС и БИС измерение пороговых напряжений отдельных транзисторов крайне затруднительно. Поэтому актуальным становится косвенный контроль, например, измерение критического питающего напряжения (Е,ф) - минимального напряжения питания, при котором ИС еще сохраняет функциональную работоспособность. Методика измерений Ецр состоит в циклической функциональной проверке ИС при последовательном снижении питающего напряжения от номинала до появления первого сбоя в работе и фиксации величины напряжения, при котором произошел этот сбой [56].
Если принять, что Е,ф - такое напряжение питания (ниже номинального), при котором постоянные времени КМОП ИС возросли настолько, что полная задержка распространения 1;вых = 0,5 твх, где твх - период. Теоретически запас критического на-, пряжения ДЕкр = и„ ном - Екр с повышением частоты должен снижаться. Скорость насыщения транзисторов оказывает прямое влияние на запаздывание распространения (быстродействие) КМОП-инвертора и ведет к снижению запаса критического напряжения ЛК[ср во всем диапазоне частот.
Объектом исследований в работе [51] были выбраны КМОП ИС типа 4007, состоящие из трех инверторов и позволяющие проводить измерения параметров каждого из комплиментарных транзисторов, С целью проверки возможности контроля особенностей технологических процессов изготовления ИС и свойств их исходных материалов в качестве объектов контроля были использованы ИС различных произ-