СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ ПО НАДЕЖНОСТИ
METHOD TO DIVIDE TRANSISTORS BY RELIABILITY

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к обеспечению качества и надежности полупроводниковых изделий (ППИ), в частности транзисторов, 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 (дислокации, неконтролируемых примесей и других точечных дефектов). При радиационном облучении ППИ одним из основных эффектов является накопление заряда на внутренних дефектах, изменяющее поверхностное состояние 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 то, что можно отбраковать до 15% надежных изделий.
Наиболее близким аналогом является 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 превышающей 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 преждевременного отказа изделий в эксплуатации.
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
Изобретение направлено на повышение достоверности способа без превышения допустимых воздействующих факторов. Это достигается тем, что до и после воздействия рентгеновского излучения дозой около половины допустимой и предельной дозы, допустимой техническими условиями, измеряется интенсивность шума на переходе эмиттер-база транзисторов, как наиболее чувствительном переходе. По значениям напряжения низкочастотного шума
до испытаний, в процессе испытаний и после испытаний судят о потенциальной надежности транзисторов.
Пример осуществления способа.
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>ш</mi><mtext> </mtext><mi>э</mi><mo>−</mo><mi>б</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
Методом случайной выборки было отобрано 10 кремниевых транзисторов КТ3102ЖМ. Для каждого транзистора были измерены значения низкочастотного шума
методом прямого измерения по выводам эмиттер-база на частоте f=1000 Гц при рабочем токе 10 мА. Ширина полосы измерения частот Δf=200 Гц, время усреднения τ=2 с. После измерений было проведено воздействие рентгеновским излучением на установке УРС-55 дозой 3600 Р и снова измерены значения низкочастотного шума
, затем воздействовали рентгеновским излучением дозой 5400 Р, то есть общей дозой 9000 Р, допустимой по техническим условиям, и вновь измеряли значение низкочастотного шума. Данные измерений приведены в таблице. Более наглядно измерение
показано на рисунке.
Таблица
Значения напряжения низкочастотного шума транзисторов КТ3102ЖМ для перехода эмиттер-база до и после рентгеновского облучения
№ транзистора
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="00000002.tif" he="7" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мк В<sup>2</sup>
начальное
после 3600 Р
после 9000 Р
1
15,49
15,21
15,17
2
15,51
15,24
15,17
3
15,4
15,16
15,09
4
15,45
15,27
15,58
5
15,47
15,2
15,12
6
15,4
15,17
15,69
7
15,45
15,35
14,67
8
15,38
15,15
15,1
9
15,44;
14,38
15,56
10
15,45
15,3
15,5
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mi>ш</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
Из табл. и рис. видно, что значение напряжения низкочастотного шума у транзисторов КТ3102ЖМ монотонно увеличивается после облучения (транзисторы №1, 2, 3, 5, 8), у ряда транзисторов (№4, 6, 10) значение
уменьшается после облучения дозой 3600 Р, а после дополнительного облучения дозой 5400 Р повысилось, несколько превысив первоначальные. Наблюдалось аномальное поведение параметра
у транзисторов №7 и 9.
Дополнительные испытания всех транзисторов на безотказность в течение 100 ч при повышенной температуре показали, что транзисторы №7, №9 имели параметрический отказ.
Если оценить потенциальную надежность транзисторов, то можно предположить, что транзисторы №1, 2, 3, 5, 8 будут иметь повышенную надежность, транзисторы №4, 6, 10 будут иметь надежность, соответствующую техническим условиям, а транзисторы №7, 9 - потенциальную ненадежность.
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.