СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ПО НАДЕЖНОСТИ
METHOD OF SEMICONDUCTOR ARTICLE CLASSIFICATION BY RELIABILITY

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к обеспечению качества и надежности полупроводниковых изделий (ППИ), и может быть использовано как на этапе производства, так и на этапе применения.
Известно из основ надежности ППИ [1], что надежность конкретных изделий определяется количеством содержащихся в них внутренних дефектов (дислокаций, неконтролируемых примесей и других точечных дефектов). При радиационном облучении ППИ одним из основных эффектов является накопление заряда на внутренних дефектах, изменение поверхностного состояния на границе раздела диэлектрик - полупроводник, внутреннее электрическое поле p-n-перехода, что приводит к изменению электрических параметров, отражающих повышение концентрации дефектов и как результат - снижение надежности каждого изделия.
Известно также из результатов технологических отбраковочных и диагностических испытаний ППИ [2], что наличие дефектов в структуре ППИ неизбежно отражается на характере процессов, связанных с переносом тока через структуру, что приводит к флуктуациям проводимости и воспринимается во внешней цепи как низкочастотный шум (НЧШ), уровень которого пропорционален скорости деградации структуры.
Известен способ отбраковки потенциально ненадежных ППИ [3], когда по критерию шумового параметра отбраковываются изделия с большими шумами как потенциально ненадежные. Недостаток способа в том, что можно отбраковать до 15% надежных изделий.
Известен способ определения потенциально ненадежных ППИ [4], состоящий в том, что после измерения интенсивности шумов пропускают через испытуемое изделие импульс тока, в 1,5-5 раз превышающий по амплитуде предельно допустимое значение, затем вновь измеряют интенсивность шума и по отношению результатов двух измерений судят о потенциальной надежности изделий.
Недостатком способа является подача импульса, в 1,5-5 раз превышающего допустимые по техническим условиям значения, что может вызвать необратимые процессы в структуре изделий, которые могут привести к недостаточной достоверности результатов и преждевременному отказу изделий в эксплуатации.
Наиболее близким аналогом является способ разделения полупроводниковых изделий по надежности [5], по которым разделение партий НИИ по надежности проводят по значению коэффициента γ, характеризующего вид спектра, равного
<mrow><mi>γ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub></mrow>
1
2
где
и
- квадрат эффективного значения шума на частотах f и f.
Недостатком данного способа является то, что его достоверность составляет не более 70%.
1
2
1
2
1
2
2
1,
Изобретение направлено на повышение достоверности способа. Это достигается тем, что до и после воздействия рентгеновского излучения предельной дозы, допустимой техническими условиями, измеряется интенсивность шума на двух частотах f и f, различающихся не менее, чем на удвоенное значение ширины полосы измерения, при положительном напряжении питания и одинаковом значении ширины полосы измерения Δf. По полученным данным рассчитывается значение коэффициента γ до испытаний и γ после испытаний по формуле (1). По значениям γ и γ находят коэффициент M=γ/γ по которому разделяют изделия на надежные и потенциально ненадежные.
Способ осуществляется следующим образом.
1
2
1
2
1
2
2
1
Методом случайной выборки было отобрано 10 аналоговых ИС типа TLC27, выполненных по МОП технологии. Для каждой ИС были измерены значения НЧ шума методом прямого измерения по выводам «питание - общая точка» на частотах f=200 Гц и f=1000 Гц. Ширина полосы измерения частот Δf=200 Гц, время усреднения τ=2 с. По результатам измерений были рассчитаны значения параметра γ по формуле (1). После измерений было проведено воздействие рентгеновским излучением на установке УРС 55 общей дозой 10 кР с последующим измерением параметра НЧ шума и расчетом величины γ (см. табл.). По значениям γ и γ найден коэффициент М=γ/γ, также указан в таблице.
Таблица
№ ИС
Значение шума <maths num="4"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000004.tif" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
мкB<sup>2</sup>, на частоте, Гц
γ<sub>1</sub>
Значение шума <maths num="5"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000005.tif" he="7" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
после облучения мкB<sup>2</sup>, на частоте, Гц
γ<sub>2</sub>
M=γ<sub>2</sub>/γ<sub>1</sub>
200
1000
200
1000
1
919
199
0,95
1040
215
0,98
1,03
2
670
157
0,9
782
173
0,94
1,04
3
778
163
0,97
904
179
1,01
1,04
4
847
180
0,98
989
194
1,01
1,03
5
865
187
0,95
998
204
0,99
1,04
6
1085
194
1,07
1301
213
1,12
1,05
7
733
158
0,95
831
174
0,97
1,02
8
1160
200
1,09
1322
221
1,11
1,02
9
964
193
0,98
1044
208
1,00
1,02
10
633
166
0,83
674
174
0,84
1,01
Если выбрать критерий для потенциально ненадежных схем М≥1,05, то схема №6 будет потенциально ненадежной. Можно выделить ИС повышенной надежности со значением М≤1,01 (схема №10).
Источники информации
1. Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - М.: Радио и связь, 1988. - 256 с.
2. Горлов М.И., Емельянов В.А., Ануфриев Д.Л. Технологические отбраковочные и диагностические испытания полупроводниковых изделий. - Мн.: Белорусская наука. 2006. - 367 с.
3. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Бордюжа О.Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства. - Мн.: Интеграл, 1997. - 318-320 с.
4. Авторское свидетельство СССР №490047, G01R 31/26, 1976.
5. Патент РФ №2309418, G01R 31/26, 2007.