Способ ускоренных испытаний моп-интегральных микросхем на пластине

 

Сущность изобретения: способ ускоренных испытаний на надежности МОП-интегральных микросхем , 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.

(19) RIJ (11) (5Ц 5 G01R31 28 G61R31 Хб

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

OIIBCAHBK ИЗОБРКТЕНИ В! -:.";.";,,.", K mmmm

М

CO

С0

Ul

4М

00 (21) 4900457/21 (22) 09.01.91 (46) 30.12.93 Бюл. Й() 47-48 (71) Московский инженерно-физический институт (72) Попов ВД; Катеринич И.И„Курин Ф.М„Онопко

Д.И„Осли(цев ДА (73) Московский инженерно-физический институт

{54) СПОСОБ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

МОП-ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ НА

ПЛАСТИНЕ (57) Сущность изобретения: способ ускоренных испытаний на надежности МОП-интегральных микросхем, 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 обьекта контроля. 2 ил.

2005308

Изобретение относится к электронной технике, а точнее — к контролю надежности интегральных микросхем с МОП-структурой (МОП ИМС).

Изобретение эффективно может быть использовано в производстве МОП ИМС, включая БИС и СБИС.

Известно применение способа ускоренных испытаний готовых ИМС (в корпусах) при повышенной температуре (Phllp J, Klass, Heating speeds microcircuits

screening, "Aviation Week and Space

Technol, 1976, ч. 105, М 14, р. 57-68). Показано, что при отбраковке ненадежных микросхем при температуре 50 С длительность испытаний должна составлять около 100000 ч. при температуре 125 С вЂ” 1000 ч, а при температуре 200 С вЂ” 10 ч. Этот способ является в настоящее время стандартным в электронной промышленности. Согласно ГОСТ 20

18725 — 83, испытания проводятся в течение

-500 ч при максимально допустимой рабочей температуре по ТУ.

Применительно к MOA ИМС этот способ имеет существенный недостаток, заключа- 25 ющийся в том, что используется дорогостоящее оборудование со значительным потреблением энергии, а также изделия в корпусах, Известен другой способ испытаний 30 приборов с МОП-структурой (а. с. СССР N.

1114992, кл, G 01 Р 31/26, 1982), е котором используется нагрев и охлаждение иэделия и измерения электрических параметров

МОГ!-структуры, Этот способ может быть 35 реализован нэ пластине. Его недостатком применительно к МОП БИС и СБИС является невозможность контроля электрических параметров элементов внутри микросхемы, Известен способ испытаний полупро- 40 водниковых элементов на надежность на этапе, когда пластина еще не разрезана на отдельные кристаллы (патент ФPГ N

2833Т80, кл. Н 01 1. 21/66, 1980). В этом способе испытания проводятся при повы- 45 шенных значениях температуры и напряжения в течение 24 ч. Для выявления отказавших элементов на пластину дополнительно наносятся токопроводящие дорожки, по которым подводятся повышенные напря- 50 жения. При выходе элементов из строя эти дорожки выгорают. После испытаний дополнительные дорожки стравливают.

Недостатком этого способа являются дополнительные операции нанесения и 55 стравливания токопроводящих дорожек, изготовление специальных приспособлений для 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 е подложку со сроком службы изделия, который зависит от увеличения плотности поверхностных состояний (ПС) на границе раздела Si SlOz, и воздействие ионизирующего излучения (ИИ) до дозы, вызывающей отказ изделий (патент США N 4816753, кл, G 01 P 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 объемных 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 кристалль1 на основе установленной для данного типономинала изделия зависимости между вероятностью отказа при воздействии ИИ от уровня дозы ИИ е 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 и

2005308 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. Б„Аигина Н. Р., Умангишвили Л.

И. и др. Зарубежная электронная техника, 1979, вып, 1 (196), с. 3 — 47, рис, 1).

Пример, Проводились ускоренные испытания МОП ИМС типа КМ 132 РУ 5 при воздействии гамма-лучей от источника Со в диапазоне доз 2,5 .10 — 11,1 10 раз (St) с последующим отжигом при +400 С в течение 60 мин. Получен график. зависимости верхней оценки вероятности отказов q у от

Формула изобретения

СПОСОБ 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 1-излучения для данного типономинала объекта испытания следующим образом: объект испытания облучают у-излучением в диапазоне доз 2,5 10

4 дозы ИИ в операции облучение — отжиг, который представлен на фиг. 1, В соответствии с заданным значением вероятности отказов q, предельно допу5 стимым в режиме испытаний на надежность в течение 500 ч и рассчитанным, исходя из ф плана контроля по TY (q = — - 0,92/15 = и

=0,06, где Кр* — коэффициент, выбираемый по ГОСТ: 25359 — 82 в зависимости от установленного допустимого числа отказов А и значения доверительной вероятности р* (для А=О, р =0,6, Кр 0,92) и и — количество изделий при испытаниях определяется

q у = q по зависимости на фиг. 1 — йижний уровень дозы ИИ (не менее 5,3 10 рад), В данном примере рекомендуемый режим ускоренных испытаний: доза

ИИ 6,5 .10 рад (Sl) с последующим отжигом при +400 С в течение 60 мин. Время подьема температуры до +400 С и время охлаждения до комнатной температуры равны и составляют по 30 мин, Сравнение со стандартными испытаниями на надежность в течение 500 ч при температуре +1000 С показывает, что коэффициент ускорения возрос с 2,5 до 200, Экономия материальных и энергетических затрат не оценивалась, Корреляция результатов, ускоренных испытаний по предложенной и стандартной методикам показаны на фиг. 2. Коэффици-ент корреляции составляет К,,р = 0,96.

35 (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1114992, кл. G 01 R 31/26, 1982, Патент США № 4815753, кл. G 01 R

31/26, 1989.

11,1 ° 10 рад (Si), в качестве источника излучения выбирают кобальт - 60(Со ), затем производят отжиг при температуре 400 С в течение 60 мин, затем контролируют вы45 бранные параметры обьекта испытания, получают экспериментальную зависимость вероятности отказа 9 от дозы -излучения, определяют из технических условий табличное значение предельно допустимой вероятности отказа объекта испытания, которое используют для определения оптимальной дозы у-излучения испытания по экспериментально полученной эависимо55 сти вероятности отказа gy, полученное значение дозы 1-излучения увеличивают в 1,1 1,3 раза, и используют его при испытаниях, которые производят следующим образом: облучают объект испытания

2005308 полученным значением дозы 1-излучения, затем производят отжиг в течение 30 мин, затем температуру понижают до комнатО.30

0.25

Q,20

0.15

О1О

0.05

О,ОО

4Е

6И004 80004

Фог.

1ЕФ005

О.И

0.12

О.ОО

0.00 0 01 0.02 0.03 О.О4 0.06 0,06

Чь

РмР. Я

0,08

0.08

U ной в течение 30 мин, производят контроль выбранных параметров объекта испытания.