СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО НАДЕЖНОСТИ ПАРТИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
METHOD OF COMPARATIVE TEST FOR RELIABILITY OF BATCHES OF INTEGRATED CIRCUITS

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых интегральных схем (ИС), и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий ИС как в процессе производства, так и при входном контроле на предприятии-изготовителе радиоэлектронной аппаратуры.
Известен способ сравнительной оценки надежности партий полупроводниковых изделий (ППИ) [1], в соответствии с которым на ППИ осуществляется механическое воздействие и воздействие ЭСР при значениях, максимально допустимых по ТУ, а сравнение партий ППИ по надежности осуществляют, сравнивая минимальные, средние и максимальные значения информативного параметра до и после испытаний.
За основу взят способ сравнительной оценки надежности партий ИС [2], в соответствии с которым на произвольных выборках ИС из партий проводят измерение значений динамических параметров до и после воздействия различных по полярности напряжения пяти электростатических разрядов (ЭСР), предельно допустимых по техническим условиям (ТУ), и температурного отжига при допустимой максимальной температуре кристалла, а ЭСР подают на каждую из пар выводов ИС: вход - общая точка, выход - общая точка, питание - общая точка, вход-выход, количество циклов воздействия ЭСР и температурного отжига составляет не менее трех, по количеству отказавших ИС делают вывод о сравнительной надежности партий ИС.
Недостаток способа - трудоемкость испытаний. Изобретение направлено на устранение данного недостатка.
отж
1
нач
ЭСР
2
ЭСР
xp
3
хр
отж
нач
ЭСР
хр
отж
Предложенный способ сравнительных испытаний на надежность партий ИС основывается на измерении информативного параметра Х в исходном состоянии, после воздействия на ИС пяти импульсов ЭСР обеих полярностей потенциалом, предельно допустимым по ТУ, после хранения в течение 72 часов при нормальных условиях (атмосферном давлении, температуре Т=22±5°С), после термического отжига при температуре Т=100°С в течение 2 часов и сравнении трех величин: Δ=Х-Х, Δ=X-X, Δ=Х-Х, где Х - значение информативного параметра в начале измерений (в исходном состоянии), Х - значение информативного параметра после воздействия ЭСР, Х - значение информативного параметра после хранения в течение 72 часов, Х - значение информативного параметра после термического отжига при температуре Т=100°С.
1
2
3
1
2
3
Способ осуществляется следующим образом: от партий ИС (количество партий неограниченно, ИС должны быть однотипными) методом случайной выборки отбирают одинаковое количество изделий (не менее 10 от каждой партии) и измеряют значение информативного параметра. Затем на каждую ИС всех выборок подают пять ЭСР одной и пять ЭСР другой полярности потенциалом, максимально допустимым по ТУ. Воздействию ЭСР должны подвергаться следующие выводы ИС: питание - общая точка, вход - питание, выход - питание, вход-выход. Затем измеряют значение информативного параметра. Далее все ИС хранят в нормальных условиях в течение 72 часов. Измеряют значение информативного параметра. Проводят термический отжиг всех ИС при температуре Т=100°С. Измеряют значение информативного параметра. Далее для каждой ИС находят значения величин Δ, Δ, Δ. По значениям Δ, Δ, Δ судят о сравнительной надежности партий ИС.
<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><mi>Н</mi><mi>А</mi><mi>Ч</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Э</mi><mi>С</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Х</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>О</mi><mi>Т</mi><mi>Ж</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
<mrow><msub><mi>Δ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Н</mi><mi>А</mi><mi>Ч</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo>−</mo><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Э</mi><mi>С</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
<mrow><msub><mi>Δ</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Э</mi><mi>С</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo>−</mo><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Х</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
<mrow><msub><mi>Δ</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Х</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo>−</mo><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>О</mi><mi>Т</mi><mi>Ж</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
1
2
3
Способ был опробован на выборках из двух партий ИС типа К155ЛЕ1 (четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ, выполненные по ТТЛ технологии с окисной изоляцией карманов). Из каждой партии ИС методом случайной выборки было отобрано по 10 ИС. В качестве информативного параметра было выбрано среднеквадратичное значение напряжения низкочастотного шума (НЧШ)
. На каждой ИС было измерено значение шумового напряжения
по выводам питание - общая точка (выводы 14-7). Измерение НЧШ проводилось при токе 7,5 мА, с полосой частот 200 Гц, при центральной частоте 1000 Гц. Затем ИС подвергались воздействию ЭСР потенциалом 200 В. Воздействие проводилось следующим образом. ЭСР подавался на следующие выводы ИС: питание - общая точка (выводы 14-7), вход - питание (выводы 2-14), выход - питание (выводы 1-14), вход-выход (выводы 1-2). Сначала подавалось пять ЭСР одной полярности, затем пять ЭСР другой полярности. После этого замеряли среднеквадратичное значение напряжения НЧШ после ЭСР
. Далее ИС хранились в нормальных условиях в течение 72 часов. Замеряли среднеквадратичное значение напряжения НЧШ после хранения
. Провели термический отжиг всех ИС при температуре Т=100°С. Замеряли среднеквадратичное значение напряжения НЧШ после ЭСР
. Далее Для каждой ИС нашли значения величин
,
,
. Результаты измерения величин среднеквадратичного значения напряжения НЧШ, а также значения величин Δ, Δ, Δ представлены в таблице 1 (для выборки из партии 1) и в таблице 2 (для выборки из партии 2).
Таблица 1
Результаты испытания выборки из партии 1
<maths num="9"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Н</mi><mi>А</mi><mi>Ч</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000009.tif" he="8" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкВ<sup>2</sup>
<maths num="10"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Э</mi><mi>С</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000010.tif" he="8" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкВ<sup>2</sup>
<maths num="11"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Х</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000011.tif" he="8" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкВ<sup>2</sup>
<maths num="12"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>О</mi><mi>Т</mi><mi>Ж</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000012.tif" he="8" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкВ<sup>2</sup>
№ ИС
Δ<sub>1</sub>
Δ<sub>2</sub>
Δ<sub>3</sub>
1
14,48
14,61
14,46
14,48
-0,13
0,15
-0,02
2
14,19
14,30
14,29
14,26
-0,11
0,01
0,03
3
14,81
14,9
14,88
14,86
-0,09
0,02
0,02
4
14,68
14,76
14,79
14,79
-0,08
-0,03
0
5
14,4
14,65
14,41
14,34
-0,25
0,24
0,07
6
14,68
14,76
14,7
14,72
-0,08
0,06
-0,02
7
14,27
14,34
14,34
14,39
-0,07
0
-0,05
8
14,43
14,69
14,38
14,47
-0,26
0,31
-0,09
9
14,52
14,60
14,58
14,56
-0,08
0,02
0,02
10
14,48
14,64
14,64
14,66
-0,16
0
-0,02
Таблица 2
Результаты испытаний выборки из партии 2
<maths num="13"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Н</mi><mi>А</mi><mi>Ч</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000013.tif" he="8" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкВ<sup>2</sup>
<maths num="14"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Э</mi><mi>С</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000014.tif" he="8" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкВ<sup>2</sup>
<maths num="15"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>Х</mi><mi>Р</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000015.tif" he="8" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкВ<sup>2</sup>
<maths num="16"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>Ш</mi><mi>О</mi><mi>Т</mi><mi>Ж</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow></math><img file="00000016.tif" he="8" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкВ<sup>2</sup>
№ ИС
Δ<sub>1</sub>
Δ<sub>2</sub>
Δ<sub>3</sub>
1
14,23
14,48
14,32
14,33
-0,25
0,16
-0,01
2
14,28
15,07
14,99
14,45
-0,79
0,08
-0,54
3
14,15
14,29
14,30
14,26
-0,14
-0,01
0,04
4
14,11
14,48
14,48
14,22
-0,37
0
0,26
5
14,18
14,31
14,22
14,24
-0,13
0,09
-0,02
6
14,22
14,37
14,30
14,29
-0,15
0,07
0,01
7
14,4
14,65
14,66
14,59
-0,25
-0,01
0,07
8
14,29
14,32
14,30
14,29
-0,03
0,02
0,01
9
14,46
14,59
14,46
14,40
-0,13
0,13
0,06
10
14,21
14,35
14,34
14,36
-0,14
0,01
-0,02
1
2
3
1
2
3
2
3
2
3
1
2
3
Из таблиц видно, что для каждой ИС величины Δ, Δ, Δ могут иметь как отрицательные, так и положительные значения, причем Δ всегда отрицательна. Величины Δ, Δ могут быть как положительны, так и отрицательны. В первой выборке общее число отрицательных значений величин Δ и Δ девять (ноль считаем за отрицательное значение). Во второй выборке общее число отрицательных значений величин Δ и Δ семь. Таким образом, общее число отрицательных значений величин Δ, Δ, Δ в первой выборке больше, чем во второй. На основании этого делаем вывод, что вторая партия более надежна, чем первая.
Источники информации
1. Патент РФ №2381514, G01R 31/26, опубл. 10.02.2010.
2. Патент РФ №2386975, G01R 31/26, опубл. 20.04.2010.