УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ПО ВТОРЫМ ПРОИЗВОДНЫМ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ И ВОЛЬТ-КУЛОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
DEVICE TO MONITOR SEMICONDUCTOR PRODUCTS BY SECOND DERIVATIVES OF CURRENT-VOLTAGE AND VOLT-COULOMB CHARACTERISTICS

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к устройствам контроля и диагностики полупроводниковых изделий (ППИ), таких как диоды, транзисторы и интегральные схемы. Устройство может быть использовано как в технологии изготовления ППИ, так и для анализа изделий у потребителей.
Известно множество методов контроля качества и надежности ППИ (переходные характеристики, НЧ шум и др.). Преимуществом метода с использованием производных вольт-амперных характеристик (ВАХ) является относительная простота его реализации при высокой чувствительности к выявлению различных скрытых дефектов [1].
Наиболее близким аналогом является предлагаемое устройство в [2]. Структурная схема устройства для контроля производных ВАХ, предлагаемая в [2], содержит генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), исследуемое ППИ, источник питания, схему управления и запуска ГЛИН, преобразователь ток-напряжение, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), электронно-вычислительную машину (ЭВМ) и монитор. С помощью данной схемы фактически измеряется ВАХ исследуемого ППИ, а затем с помощью программы цифрового дифференцирования осуществляется пересчет в зависимости производных ВАХ с построением соответствующих графиков и выводом их на экран монитора.
Однако данное устройство имеет недостаток, к которому можно отнести невысокую чувствительность к выявлению скрытых дефектов. Указанный недостаток связан с методом определения производных ВАХ - вычислением по измеренной ВАХ. Использование в устройстве 12-16-разрядного АЦП не устраняет указанный недостаток, поскольку из-за наличия шумов первичная информация в виде ВАХ не может быть достоверно измерена с высокой точностью. Например, если удается измерить ВАХ с относительной погрешностью в 1%, то достоверную информацию будут содержать только старшие 7-8 разрядов АЦП, значения же остальных младших разрядов будут искажены шумами.
Цель изобретения - повышение чувствительности устройства к выявлению скрытых дефектов и увеличение его функциональных возможностей контроля ППИ с использованием дополнительной первичной диагностической информации в виде второй производной вольт-кулонной характеристики.
Указанная цель достигается тем, что дополнительно вводят блок формирования бигармонического сигнала, выход которого подключают к входу ППИ, а вход подключают к первому выходу схемы управления, управляемый источник напряжения (УИН), выход которого также подключают к входу ППИ, а вход подключают ко второму выходу схемы управления, блок измерений информационного сигнала, вход которого подключают к выходу ППИ, а выход соединяют с входом АЦП.
Предлагаемая блок-схема устройства лишена указанных недостатков и изображена на чертеже. Она состоит из блока формирования бигармонического сигнала 1, управляемого источника напряжения (УИН) 2, исследуемого ППИ 3, схемы управления 4, блока измерения информационного сигнала 5, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 7, электронно-вычислительной машины (ЭВМ) 8 и монитора 9.
Блок измерения информационного сигнала 5 осуществляет измерение амплитуды тока на разностной частоте и фазового сдвига относительно опорного сигнала, которые однозначно определяют вторые производных ВАХ и ВКХ (метод модуляционного дифференцирования). Далее осуществляется ввод данных измерений в ЭВМ 8 через АЦП 6, преобразующего аналоговую информацию в цифровой вид (использование 10-12-разрядного АЦП вполне обеспечивает достаточную точность измерений). Блок формирования бигармонического сигнала 1 формирует двухчастотный тестовый сигнал для ППИ 3. ЦАП 7 предназначен для управления процессом измерений. УИН 2 обеспечивает ступенчатое изменение постоянного напряжения смещения с целью снятия вторых производных ВАХ и ВКХ в некотором диапазоне напряжений. Схема управления 4 обеспечивает регулировку постоянного смещения и амплитуды двухчастотного сигнала. ЭВМ 8 в соответствии с написанной программой вычисляет значения вторых производных ВАХ и ВКХ, дифференциальные спектры изменения мощности и заряда, строит графики их зависимостей от постоянного напряжения смещения и выводит их на экран монитора 9.
Устройство работает следующим образом. На исследуемое ППИ 3 подается двухчастотный тестовый сигнал с блока формирования бигармонического сигнала 1. По команде с ЭВМ 8 через ЦАП 7 и схему управления 4 задается амплитуда двухчастотного сигнала и постоянное напряжение смещения УИН 2, которое также подается на ППИ 3. Значение силы тока через исследуемое изделие на разностной частоте, а также фазовый сдвиг по отношению к опорному входному сигналу регистрируются блоком измерений информационного сигнала 5, преобразуются в цифровую форму АЦП 6 и поступают в ЭВМ 8. В соответствии с написанной программой рассчитываются и строятся графики зависимостей вторых производных ВАХ и ВКХ от постоянного напряжения смещения и выводятся на экран монитора 9. Дополнительно рассчитываются и также выводятся на экран дифференциальные спектры изменения потребляемой изделием мощности и накопления заряда.
Источники информации
1. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Бордюжа О.Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства. Минск, 1997 г., 390 с.
2. Устройство для контроля полупроводниковых изделий по производным вольт-амперных характеристик. Патент RU №2308732. - Опубл. 20.10.2007 г.