автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Диагностические методы оценки надежности полупроводниковых изделий с использованием электростатических разрядов

На правах рукописи

АДАМЯН Александр Гариивич

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ

Специальность 05.27.01 -

Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2003

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор

Горлов Митрофан Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Петров Борис Константинович; кандидат технических наук Удовик Анатолий Павлович

Ведущая организация ОАО «Воронежский завод

полупроводниковых приборов»

Защита состоится 16 декабря 2003 г. в 14 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.06 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан 10 ноября 2003 г.

Ученный секретарь диссертационного совета

Г/

/

Горлов М.И.

17507

/ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Известно, что надежность любого изделия, заложенная при конструировании, обеспечивается технологическим процессом изготовления. Технологические отбраковочные испытания полупроводниковых изделий (ПЛИ) (диодов, транзисторов и интегральных схем), объем которых устанавливается изготовителем в зависимости от вида приемки изделий, их конструктивно-технологических особенностей, технических и экономических возможностей изготовителя, служат для повышения надежности партий изделий путем отделения потенциально ненадежных. Отбраковочные испытания ПЛИ, в первую очередь электротренировка, занимают много времени, требуют сложного громоздкого стендового оборудования, больших затрат электроэнергии и площадей для его размещения.

В связи с этим в настоящее время большое распространение получили так называемые альтернативные диагностические методы отбраковки потенциально ненадежных изделий с меньшими экономическими затратами, но не с менее, а зачастую и с более эффективными результатами.

Считается, что любая представительная выборка при выпуске ПЛИ состоит из трех различных по надежности групп: группа, характеризуемая интенсивностью отказов Я,, точно соответствующей нормам (требованиям) технических условий (ТУ) на изделия; группа более надежная и группа изделий менее надежная по сравнению с ТУ. Практика показывает, что разброс интегральных схем (ИС) по надежности в партии составляет 2-3 и более порядков. Зачастую потребителю необходимы для особо важной аппаратуры более надежные изделия, а при соответствии по надежности требованиям ТУ - исключение из поставляемой партии изделий менее надежных.

В настоящее время известно множество диагностических методов отбраковки потенциально ненадежных ППИ: измерение ш -характеристик, тепловых параметров, шумовых критериев, критического напряжения питания, использование радиационных методов и др. Все они достаточно полно освещены в литературе.

Авторами работ (М.И. Горлов, A.B. Андреев, И.В. Воронцов, Д.А. Литвиненко) впервые обнаружено явление отжига электростатических дефектов параметрического ^пя у НГТИ, подпгпгпутггг

рос. национальна: библиотека С.Пете| ОЭ V

пи • Ы\Г»

тербур»^» ;

ЦК

Sj1

воздействиям электростатических разрядов (ЭСР), после временного воздействия нормальной или повышенной температуры или электрического режима. Впервые также показано, что на основе открытого явления отжига электростатических дефектов можно разрабатывать диагностические методы оценки надежности ППИ.

Поэтому считаем, что дальнейшая разработка диагностических методов оценки надежности ППИ с использованием воздействия ЭСР и отжига электростатических дефектов является в настоящее время актуальной.

Работа выполнялась по теме ГБ 2001-34 "Изучение технологических и физических процессов в полупроводниковых структурах и приборах".

Цели и задачи работы. Целью настоящей диссертации является разработка новых диагностических методов отбраковки потенциально ненадежных ППИ с использованием электростатических разрядов и последующего отжига электростатических дефектов, способных заменить дорогостоящие и длительные отбраковочные испытания как при производстве ППИ, так и на входном контроле предприятий-изготовителей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), а также позволяющих выделить из партии ППИ группу высоконадежных изделий. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Провести эксперименты по влиянию электростатических разрядов на транзисторы типа КП728Е1 с целью определения допустимого потенциала ЭСР, стойкости транзисторов к ЭСР различной полярности, изучения влияния температуры, механических и электрических воздействий на стойкость к ЭСР.

2. Разработать способ сравнительной оценки надежности партий транзисторов.

3. Изучить стойкость транзисторов р-п-р и п-р-п типов к воздействию ЭСР и разработать метод разделения партии транзисторов по стойкости к ЭСР.

4. Изучить стойкость логических МОП ИС к воздействию ЭСР и разработать способ выделения из партии группы схем повышенной надежности.

Научная новизна. В работе получены следующие новые научные и технические результаты:

1. Определена величина допустимого значения электростатического потенциала транзисторов типа КП728Е1, равная 200 В, что соответствует третьей степени жесткости; транзисторы проявляют наибольшую стойкость к воздействиям ЭСР отрицательной полярности на вывода "затвор-сток" и наименьшую стойкость'к воздействию ЭСР чередованием полярностей.

2. Показано, что механические, климатические и электрические воздействия снижают стойкость ППИ к ЭСР.

3. Разработан способ сравнительной оценки надежности партий транзисторов.

4. Разработан способ разделения партии транзисторов по стойкости к воздействию ЭСР.

5. Разработан способ разделения партии ИС на группы схем по надежности.

Реализация результатов работы, практическая ценность.

1. Величина допустимого значения электростатического потенциала введена в технические условия АДБК.432140.520 на транзисторы типа КП728Е1.

2. Разработанный способ сравнительной оценки надежности партии транзисторов позволяет оценить на выборке транзисторов от партии, какая партия более надежная, путем последовательной подачи на транзисторы ЭСР возрастающей величины. На способ сравнительной оценки надежности партии транзисторов подана заявка на изобретение.

3. Разработанный способ разделения партии транзисторов по стойкости к воздействию ЭСР позволяет осуществить разделение путем измерения зависимости коэффициента усиления по току до, после воздействия ЭСР и после термического отжига. На разработанный способ получен патент на изобретение (№ 2204143 от 10 мая 2003 г).

4. Разработанный способ разделения партии ИС на группы схем по надежности основан на зависимости критического напряжения питания от температуры до и после воздействия ЭСР и после

термического отжига. Способ позволяет разделить ИС по надежности на три группы: пониженную, соответствующую техническим условиям и повышенную. На данный способ подана заявка на изобретение.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Снижение стойкости ПЛИ к ЭСР после воздействия внешних дестабилизирующих факторов.

2. Способ сравнительной оценки надежности партий транзисторов.

3. Способ разделения партии транзисторов по стойкости к воздействию ЭСР.

4. Способ разделения партии ИС на группы схем по надежности.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: международных научно-технических семинарах "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах" (Москва, 2000, 2001 гг.); научно-технической конференции "Современные аэрокосмические технологии" (Воронеж, 2000 г.); Всероссийской научно-технической конференции "Современные проблемы радиоэлектроники" (Красноярск, 2002 г.); VI Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" (Таганрог, 2002 г.); 40-43-ей научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов ВГТУ (Воронеж, 2000-2003 гг.).

Основные результаты работы изложены в 14 публикациях, в том числе в монографии "Диагностические методы контроля качества и прогнозирующей оценки надежности полупроводниковых изделий" (Мн.: Белорусская наука, 2003 г.) и двух патентах.

В совместных работах автору принадлежит экспериментальная часть, поиск и разработка принципов новых диагностических методов оценки надежности ПЛИ, обсуждение результатов.

1

»

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 96 страниц текста, включает 35 рисунков, 21 таблицу и библиографический список из 50 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель и поставлены задачи исследования, показана научная новизна полученных результатов и их практическая и научная значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации результатов работы, публикациях, личном вкладе автора, структуре и объеме диссертации.

В первой главе представлен литературный обзор по теме диссертации. Подробно рассмотрены общие требования к методам не-разрушающего диагностического контроля (НДК) полупроводниковых изделий. Показано, что одной из особенностей характеристик, определяющих качество и надежность серийно выпускаемых ППИ, является присутствие в них скрытых дефектов производства, приводящих к отказам изделий в процессе их эксплуатации. Кроме этого на всех технологических операциях изготовления полупроводниковых изделий вводятся дополнительные внутренние механические напряжения, которые, в свою очередь, оказывают влияние на их электрические характеристики. Установлены следующие закономерности, позволяющие выявлять потенциально ненадежные структуры:

с увеличением степени неоднородности усиливается зависимость величины обратного тока от напряженности электрического поля;

температурная зависимость обратного тока в однородном переходе сильнее, чем в неоднородном;

спектр зависимости плотности состояний от энергии шире в неоднородных образцах.

Приводятся данные, указывающие на возможность применения альтернативных (нестандартных) методов и параметров, позволяющих получить оперативно дополнительную информацию о качестве и надежности ППИ. Дается классификация методов НДК и приво-

дятся общие положения, характерные для методов НКД.

Вторая часть главы посвящена использованию воздействия электростатических разрядов (ЭСР) и последующего отжига в диагностических методах. Рассмотрены виды дефектов и типы отказов, возникающие при воздействии ЭСР на ППИ. Отмечена возможность использования воздействия ЭСР и последующего отжига на ППИ для разработки методов разделения партий изделий по стойкости к ЭСР и по надежности.

Во второй главе рассматриваются результаты экспериментов по влиянию электростатического воздействия на транзисторы КП728Е1 (кремниевые полевые МОП-транзисторы с мощностью рассеивания до 75 Вт и максимально допустимым напряжением сток-исток иСи ~ 600 В).

При воздействии ЭСР на различные пары выводов критичным оказалась пара "затвор-сток", при воздействии на которую ЭСР напряжением 380 В имел место катастрофический отказ, что определяет значение опасного потенциала, и соответственно допустимый потенциал принимается равным 200 В, что соответствует III степени жесткости.

Экспериментально получены зависимости количества воздействий ЭСР, приводящих к отказу транзисторов, от величины и полярности разряда при нормальных условиях (рис. 1) и при разных температурах (0 и 100 °С) (рис. 2).

Проведение 100 термоциклов (- 60; + 150 °С) при последующих воздействиях ЭСР различной величины до 800 В не привело к появлению катастрофических отказов, а только к параметрическим, начиная с ЭСР, равного 580 В. Проведение 200 термоциклов при последующем воздействии ЭСР привело 60 % транзисторов к катастрофическим отказам, начиная с ЭСР, равного 280 В.

Сняты зависимости числа воздействий импульсов ЭСР, приводящих к катастрофическому отказу транзисторов, прошедшие многократные удары с ускорением 150 g (1000, 2000 и 3000 ударов), одиночные удары с ускорением 1500 g (10, 20 и 30 ударов). Показано, что с увеличением механических нагрузок стойкость транзисторов к воздействию ЭСР уменьшается (рис. 3).

Эти испытания и испытания на безотказность с предшествующим и последующим воздействием ЭСР показывают, что предшествующие различные испытания ППИ снижают их стойкость к ЭСР.

иэср' ®

Рис. 1. Зависимость количества воздействий ЭСР, приводящих к отказу транзисторов, от величины и полярности напряжения разряда при Т-23 °С

и эср> &

Рис. 2. Зависимость количества воздействий ЭСР, приводящих к отказу транзисторов, от напряжения разряда при разных температурах

иЭсР. В

Рис. 3. Количество воздействий ЭСР, приводящих к отказу транзисторов, подвергнутых многократным механическим ударам с ускорением 150 g, в зависимости от напряжения разряда

Анализ изменения электрических параметров транзисторов КП728Е1 показал, что параметры 13.ут и /Соеш не изменяют своих значений вплоть до развития катастрофических отказов (пробоев), а транзисторы, которые имели параметрические отказы по параметру йзитр (меньше нормы) после температурного воздействия при 180200 °С в течение 4-2 часов соответственно восстанавливали свои значения, что говорит о том, что воздействие ЭСР связано с увеличением зарядовых состояний в оксиде и на границе раздела Л'-Л'С^-

Описывается разработанный способ сравнительной оценки надежности партий транзисторов на следующей закономерности. Воздействие ЭСР на полупроводниковые изделия приводят к появлению параметрических и катастрофических отказов. При ступенчатом воздействии ЭСР различного напряжения от допустимого до опасного на ППИ, в том числе и полевые транзисторы, сначала должны появляться параметрические отказы, а затем катастрофические. Это для партий ППИ, не имеющих потенциально ненадежных изделий. Если партия транзисторов "засорена" потенциально-ненадежными приборами, то сначала наблюдаются катастрофиче-

ские отказы, а затем параметрические отказы при больших напряжениях ЭСР. Сущность разработанного способа на примере транзисторов типа КП728Е1 заключается в том, что на вывода полевых транзисторов "затвор-сток" осуществляют воздействие ЭСР. Воздействие ЭСР начинают потенциалом вдвое выше допустимого, повышая затем ступенчато потенциал разряда до появления отказов. При одинаковой выборке от оцениваемых парий полевых транзисторов (не менее 10 штук) делают вывод о более надежной и менее надежной сравниваемых партиях: партия, у которой до появления параметрических отказов меньшее число катастрофических отказов обладает большей надежностью; при отсутствии катастрофических отказов партия, у которой параметрические отказы появляются при большей величине потенциала ЭСР, также обладает большей надежностью (табл. 1).

Таблица 1

Результаты испытаний транзисторов

№ партии Напряжение ЭСР, В, приводящее к катастрофическим отказам, № отказа Напряжение ЭСР, В, приводящее к параметрическим отказам, № отказа

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 в 7

1 400 400 400 400 440 480 680 700 720 720

2 400 420 460 480 480 680 700 700 740 760

3 580 760 760 760 800 800 800

4 740 740 740 760 780 800 800

Если сравнить партии № 1 и № 2, то более надежной будет партия № 2. При сра[внении партий № 3 и № 4 более надежной будет партия № 4. При сравнении всех четырех партий партии по надежности распределятся следующим образом: партия № 4 - самая надежная, затем партия № 3, № 2, и менее надежная партия № 1.

Третья глава работы посвящена анализу стойкости кремниевых маломощных биполярных транзисторов типа КТ315 (п-р-п) и КТ36\(р-п-р) к воздействию ЭСР и возможности разделения партий транзисторов по стойкости к ЭСР.

Экспериментально показано, что для транзисторов КТ315Р и КТ361Г наименее стойким к воздействию ЭСР как положительной, так и отрицательной полярности является переход коллектор-база.

Разработан и апробирован способ разделения партий транзисторов по стойкости к воздействию ЭСР на данных транзисторах в два этапа.

Этап 1. Переход коллектор-база каждого транзистора подвергался воздействию пяти импульсов ЭСР положительной и отрицательной полярности по модели " тело человека". Напряжение ЭСР составляло половину от величины опасного потенциала.

В качестве информативного параметра использовался коэффициент усиления по току Л2/э в схеме с общим эмиттером, точнее, его зависимость от тока коллектора (рис. 4), которая наиболее полно характеризует работу транзистора и незначительно изменяется под воздействием ЭСР напряжением ниже опасного.

Нижняя граница диапазона изменения коллекторного тока определяется шумами и различного рода наводками (1Ктт = 0,1 мА), верхняя - максимально допустимой рассеивающей мощностью (1Ктах= 50 мА).

Дрейф коэффициента усиления транзистора в сторону уменьшения его значения после воздействия ЭСР можно объяснить увеличением скорости рекомбинации носителей на поверхности кремния. Скорость рекомбинации 5 зависит от величины положительного заряда в пленке При увеличении этого заряда под воздействием ЭСР величина 5 возрастает, следовательно, возрастает составляющая электрического тока, следовательно, коэффициент усиления убывает.

Партия транзисторов каждого типа предварительно разделялись на две группы по коэффициенту деградации

К х 100%

где 5,, Б2 - площадь под кривой ) до воздействия и по-

сле воздействия ЭСР соответственно;

О 10 20 30 40 50

1к, мА

0 10 20 30 40 50

1к, M А

Рис. 4. Зависимость ЬцЭ=/(1^ для транзисторов типов КТ315РиКТ361Г

1ранзисторы, у которых коэффициент деградации не выходил за пределы допуска, причислялись к первой группе (более стойкая к ЭСР). Пределы допуска ^ для транзисторов КТЗ15Р устанавливаются не более 20 %, для КТ361Г - 15 % так, чтобы в первой группе оказалось порядка 60 % всех транзисторов.

Этап 2. Затем транзисторы отжигались (Т= 100 °С, /= 1 час). Окончательно разбраковка транзисторов первой группы проводилась по коэффициенту восстановления Кпс:

Кгес =—х100%

где Я3 -площадь под кривой А21э(1 к) после отжига.

В том случае, если восстановление информативного параметра происходило менее, чем на 90 %, транзистор переходил во вторую группу (менее стойкую к ЭСР). На данный способ разбраковки транзисторов получен патент на изобретение.

В четвертой главе рассмотрены конструктивно-технологические особенности кремниевых цифровых МОП ИС типа КР561ЛН2 и приведены данные по их стойкости к ЭСР различной полярности при различной температуре окружающей среды и с различными значениями критического напряжения питания. Показано, что стойкость ИС к воздействию ЭСР снижается с применением полярности "+", с повышением внешней температуры, с повышением значения критического напряжения питания.

Разработан способ выделения из партии ИС группы схем повышенной надежности, включающий снятие зависимости критического напряжения питания (КНП) от температуры и воздействия электрическим разрядом. Суть способа состоит в следующем.

На первом этапе проводится разделение ИС по методу КНП на две партии, имеющие соответственно пониженную надежность и надежность не ниже, чем по ТУ, следующим образом: снималась зависимость КНП исследуемой ИС от температуры в интервале от 10 до 100 °С и регистрировались значения КНП с использованием информативного параметра. Вычислялась площадь под кривой и сравнивалась с площадью эталонной кривой, рассчитанной на предварительном этапе:

— Зэт &ИССЛЛ •

Если А5/> 0, то надежность ИС не ниже, чем по ТУ; если Л?/<0, то надежность ИС пониженная. После первого этапа выбиралась группа ИС с надежностью не ниже, чем по ТУ.

На втором этапе на эту партию ИС воздействовали потенциалом электростатического разряда, составляющим половину опасного. Затем проводили разделение ИС методом КНП следующим образом. Снималась зависимость КНП исследуемой ИС от температуры при 10-100 °С и регистрировались значения КНП с использованием информативного параметра. Затем температуру повышали до максимальной температуры перехода и выдерживали их в течение 2448 ч, т.е. производили отжиг, и вновь измеряли зависимость КНП. Далее вычислялась площадь под кривой после отжига И сравнивалась с площадью под кривой, полученной после воздействия

де _ с _ с

~ ИССЛ2 °ИССЛ.Ъ ,

где 5иссл 2 > $иссжз - площадь под кривой зависимости КНП от температуры для ИС после воздействия ЭСР и после термического отжига соответственно.

Если Л52> 0, то надежность ИС повышенная; если А82<0, то надежность ИС не ниже, чем по ТУ.

Предложенная методика разделения была апробирована на ИС типа К561ЛН2. После разделения партии ИС, состоящей из 100 схем, было получено, что партия ИС, имеющая пониженную надежность, составляла около 2 %, партия с соответствующей ТУ надежностью - 70 %, с повышенной надежностью - 28 %.

При испытаниях на безотказность в течение 500 ч всех 100 схем (Т= 100°С, Рмах) отказов не наблюдалось, но у двух ИС, имеющих по определению пониженную надежность, электрические параметры резко изменились, приближаясь к границам норм ТУ. На 98 ИС, соответствующих по надежности ТУ и повышенной надежности, таких изменений параметра не наблюдалось.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 13

В диссертации получены следующие научно-технические результаты:

1. Исследования по влиянию электростатического воздействия на кремниевые полевые МОП-транзисторы типа КП728Е1 позволили:

установить допустимый потенциал электростатического разряда на транзисторы и ввести полученную величину в технические условия;

определить, что увеличение количества термоциклов приводит к катастрофическим отказам при меньших напряжениях ЭСР;

показать, что механические воздействия (многократные удары с ускорением 150 g и одиночные удары с ускорением 1500 g) и испытания на надежность снижают конструктивно-технологические запасы транзисторов по стойкости к ЭСР;

разработать способ сравнительной оценки надежности партий транзисторов.

2. На основе экспериментов на кремниевых биполярных транзисторах КТ315Р (п-р-п типа) и КТ 361Г {р-п-р типа) разработан способ разбраковки транзисторов по стойкости к воздействию ЭСР. На данный способ получен патент на изобретение.

3. На основе экспериментов на кремниевых логических ИС типа KP561JIH2 по влиянию значения критического напряжения питания на стойкость схем к ЭСР разработан способ выделения из партии схем повышенной надежности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Горлов М.И., Емельянов В.А., Адамян А.Г. Диагностические методы контроля качества и прогнозирующей оценки надежности полупроводниковых изделий . - Мн.: Белорусская наука, 2003. -96 с.

2. Пат. 2204143 RU. МПК С2 7G 01 R 31/26. Способ разбраковки биполярных транзисторов / М.И. Горлов, А.Г. Адамян, Л.П. Ануфриев (РФ); Воронеж, гос. техн. ун-т (РФ). 2001112218/09; Заяв-

лено 03.05.01; Опубл. 10.05.03; 03.05.01 //Бюл., 2003. № 13.

3. Пат. 2204142 RU. МПК С2 7 G 01 R 31/26. Способ выборочного контроля надежности транзисторов в партии / М.И. Горлов, А.Г. Адамян, Д.А. Литвиненко (РФ); Воронеж, гос. техн. ун-т (РФ). 2001107987/09; Заявлено 26.03.01; Опубл. 10.05.03; 26.03.01 // Бюл., 2003. № 13.

4. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Адамян А.Г. Влияние электростатического воздействия на транзисторы типа КП728Е1 // Тр. науч.-техн. конф. «Современные аэрокосмические технологии». Воронеж, 2000. С. 53-55.

5. Горлов М.И., Строганов A.B., Адамян А.Г. Воздействие электростатических разрядов на полупроводниковые приборы // Инженерная микроэлектроника. 2001. № 1. С. 34-38; № 2. С. 44-46.

6. Горлов. М.И., Каехтин A.A., Адамян А.Г. Методы прогнозирующей оценки надежности, использующие внешние дестабилизирующие факторы // Петербургский журнал электроники. 2001. № 1. С. 33-39.

7. Горлов М.И., Адамян А.Г. Возможность разбраковки транзисторов по стойкости к электростатическим разрядам // Матер, докл. науч.-техн. сем. «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М., 2001. С. 222-226.

8. Выделение из партии ИС повышенной надежности / М.И. Горлов, A.B. Андреев, А.Г. Адамян, A.A. Каехтин // Сб. науч. тр. "Твердотельная электроника и микроэлектроника". Воронеж, ВГТУ. 2001. С. 139-141.

9. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Адамян А.Г. Влияние электростатического воздействия на транзисторы типа КП728Е1 // Сб. науч. тр. "Твердотельная электроника и микроэлектроника". Воронеж. ВГТУ, 2001. С. 185-191.

10. Горлов М.И., Адамян А.Г., Ануфриев Л.П.. Тренировка изделий электронной техники и электронных блоков // Инженерная микроэлектроника. 2001. № 10. С. 40-45.

11. Диагностические методы контроля качества и прогнозирующей оценки надежности полупроводниковых изделий / М.И. Горлов, А.Г. Адамян, A.A. Каехтин, A.B. Строганов // Инженерная микроэлектроника. 2002. № 1. С. 48-51.

12. Горлов М.И., Адамян А. Г., Жарких А.И. Оценка надежности полупроводниковых изделий с использованием электростатиче-

ских разрядов // Петербургский журнал электроники. 2002. № 3. С. 59-63.

13. Горлов М., Емельянов В., Адамян А. Диагностические методы оценки надежности полупроводниковых изделий с использованием электростатического разряда // Инженерная микроэлектроника. 2002. № 10. С. 30-33.

14. Горлов М.И., Адамян А.Г. Сравнительная оценка по надежности полевых транзисторов // Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления: Тез. докл. VI Всерос. науч. студ. конф. студ. и аспирантов. Таганрог, 2002. С. 292.

ЛР № 066815 от 25.08.99. Подписано в печать^ Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 85 экз. Заказ №

Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский просп., 14

it 17507

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.2

ГЛАВА МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ.7

1Л. Общие требования.7

1.2. Критерии прогнозирования потенциальной ненадежности

ИС по внезапным и параметрическим отказам.12

1.3. Использование воздействия электростатических разрядов и последующего отжига в диагностических методах.16

1.3.1. Катастрофические и параметрические отказы полупроводниковых изделий.16

1.3.2. Отжиг электростатических дефектов.21

1.3.3. Пример метода разделения партий ИС по стойкости к электростатическим разрядам.23

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1.26

ГЛАВА ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА

ТРАНЗИСТОРЫ КП728Е1.27

2.1. Конструктивно-технологические особенности транзисторов КП728Е1.27

2.2. Определение допустимого потенциала электростатических зарядов.31

2.3. Стойкость транзисторов к ЭСР различной полярности.32

2.3.1. Методика проведения работы.32

2.3.2. Испытания, проводимые при комнатной температуре .34

2.3.3. Испытания, проводимые при температуре Си °С36

2.4. Влияние термоциклирования на стойкость к воздействию

ЭСР.40

2.5. Работоспособность транзисторов и воздействие ЭСР.41

2.6. Влияние механических воздействий на стойкость к ЭСР.43

2.7. Влияние различных воздействий и ЭСР на поведение электрических параметров транзисторов.48

2.7.1. Ток утечки затвора.48

2.7.2. Остаточный ток стока.49

2.7.3. Напряжение «затвор-исток» пороговое.50

2.8. Способ сравнительной оценки надежности партий транзисторов.54

Выводы к главе 2.57

ГЛАВА МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ПАРТИЙ ТРАНЗИСТОРОВ ПО СТОЙКОСТИ К

ЭСР.58

3.1. Конструктивно-технологические особенности транзисторов типов КТ315 и КТ361.58

3.2. Стойкость транзисторов типов КТ315 и КТ361 к воздействию ЭСР.61

3.3. Разработка способа разделения партий транзисторов по стойкости к воздействию ЭСР.67

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.73

ГЛАВА ВЫДЕЛЕНИЕ ИЗ ПАРТИЙ ИС ГРУППЫ СХЕМ ПОВЫШЕННОЙ

НАДЕЖНОСТИ.74

4.1. Конструктивно-технологические особенности ИС типа КР561ЛН2.74

4.2. Стойкость ИС типа КР561ЛН2 к воздействию ЭСР.80

4.3. Разработка метода выделения из партии ИС группы схем повышенной надежности.84

Выводы к главе 4.88

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации получены следующие научно-технические результаты:

1. Исследования по влиянию электростатического воздействия на кремниевые полевые МОП-транзисторы типа КП728Е1 позволили: установить допустимый потенциал электростатического разряда на транзисторы и ввести полученную величину в технические условия; определить, что увеличение количества термоциклов приводит к катастрофическим отказам при меньших напряжениях ЭСР; показать, что механические воздействия (многократные удары с ускорением 150 g и одиночные удары с ускорением 1500 g) и испытания на надежность снижают конструктивно-технологические запасы транзисторов по стойкости к ЭСР; разработать способ сравнительной оценки надежности партий транзисторов.

2. На основе экспериментов на кремниевых биполярных транзисторах КТ315Р (п-р-п типа) и КТ 361Г (р-п-р типа) разработан способ разбраковки транзисторов по стойкости к воздействию ЭСР. На данный способ получен патент на изобретение.

3. На основе экспериментов на кремниевых логических ИС типа KP561JIH2 по влиянию значения критического напряжения питания на стойкость схем к ЭСР разработан способ выделения из партии схем повышенной надежности.

1. Горлов М. И., Ануфриев Л.П., Бордюжа О.Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства / Под ред. проф. М.И. Горлова. Минск: «Интеграл». 1997-390 с.

2. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Строганов A.B. Отбраковочные технологические испытания как средство повышения надежности партий ИС // Инженерная микроэлектроника. 2001. № 5. С. 22-26.

3. Асауленко Ю. Б., Чуварыгин Б.В., Анализ возможностей отбраковочных испытаний комплектующих элементов РЭА // Надежность и контроль качества. 1989. №11. С. 26-32.

4. Горлов М.И., Воронцов И. В., Андреев A.B. Влияние электростатических разрядов на полупроводниковые приборы и последующий отжиг электростатических дефектов // Измерительная техника. 1998. №7. С. 45-46.

5. Горлов М.И., Литвиненко Д.А. Отжиг радиационных и электростатических дефектов полупроводниковых изделий // Микроэлектроника. 2002, № 5. С. 350-360.

6. Патент РФ 2146827 RU, CI, 7G 01R 31/26, H01L 21/26. Способ отбраковки интегральных схем / М.И. Горлов, A.B. Андреев (РФ); Воронеж, гос. техн. унив. (РФ); 98015603 / 09. Заяв. 19.03.98. Опубл. 20.03.2000. Бюл. № 8.

7. Прокопенко И.В., Осадчая Н.В. Методы структурной диагностики полупроводниковых пластин, используемых для БИС и СБИС // Сб. тез. докл. конф. «Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов». Кишинев. 1991. 4.II. С. 91.

8. Соколов В. И., Лавренко С.П. Физические аспекты надежности интегральных схем // Сб. тез. докл. конф. «Физические аспекты надежности, методы и средства диагностирования интегральных схем». Воронеж. 1993. С. 42-44.

9. Беренштейн Г.В., Дьяченко A.M. Прогнозирование качества ИС на основе анализа внутренних напряжений // Сб. тез. докл. конф. «Физическиеосновы надежности и деградации полупроводниковых приборов». Кишинев. 1991. Ч.И. С.136.

10. Гаврилов В.Ю., Комоконова H.H., Покровский Ф.Н. Обнаружение скрытых дефектов в аналоговых интегральных схемах // Надежность и контроль качества. 1991. №3. С.38-31.

11. Грушко Н.С., Булярский C.B. Диагностика надежности кремниевых фотоприемников с /?-.и-переходом // Сб. тез. докл. конф. "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов". Кишинев. 1991. Ч. II. С. 127.

12. Горлов М.И., Адамян А.Г., Ануфриев Л.П. и др. Тренировка изделий электронной техники и электронных блоков // Инженерная микроэлектроника. 2001. № 10. С. 40-45.

13. РД 110682-89. Микросхемы интегральные. Методы неразрушающе-го контроля диагностических параметров.

14. Горлов М.И., Андреев A.B., Воронцов И.В. Воздействие электростатических разрядов на изделия электронной техники и радиоэлектронную аппаратуру. Воронеж: из-во ВГУ. 1997.-160 с.

15. Горлов М.И., Строганов A.B., Адамян А.Г. Воздействие электростатических разрядов на полупроводниковые приборы // Инженерная микроэлектроника. 2001. № 1. С. 34-38; № 2. С. 44-46.

16. Обеспечение качества микроэлектронных устройств: Обзор по материалам зарубежной печати // Радиоэлектроника. 1983. С. 11-34.

17. Unger В.A. Electrostatic failure in semiconductors // European Semiconductor Production Electrostatics. 1982. № 3. P. 22-28.

18. Pancholy R.K. Gate protection for CMOS/SOS // 15-th Annual Proc. Reliability Physics. 1997. P. 132-137.

19. Greason W.D., Castle G.S.P. The effects of electronic discharge on microelectronic devices a review // IEEE Trans. Ind. Appl. 1984. Vol. 20. № 2. P. 247-242.

20. Hatfield P.A. Electronic Packaging and production. 1984. № 2. P. 61-73.

21. Buvry E. Les decharges electrostatiques: une cause importante de degrades circuits integres // RGE. 1987. № 2. P. 14-18.

22. Avery L.R. Electrostatic discharge: mechanism, protection techniques and effects on integrated circuit reliability // RCA Rev. 1984. № 2. P. 291-302.

23. Горлов М.И., Корчевский B.B., Тряпша Д.В. Воздействие электростатических разрядов на КМОП микросхемы серии К561 // Тез. докл. седьмой науч.-отр. конф. "Состояние и пути повышения надежности видеомагнитофонов". Воронеж. 1993. С. 33-34.

24. Горлов М.И., Воронцов И.В. Отжиг электростатических дефектов в полупроводниковых приборах // Матер, докл. науч. техн. сем. «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М. 1997. С. 320 -323.

25. Горлов М.И., Воронцов И. В., Литвиненко Д.А. Испытания ИС, содержащие воздействие электростатических разрядов // Твердотельная электроника и микроэлектроника: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж. 1997. С. 35 42.

26. Горлов М.И., Королев С. Ю. Физические основы надежности интегральных микросхем Воронеж: ВГУ. 1995. — 200 с.

27. Горлов М.И., Андреев А.В. Метод разбраковки интегральных схем по стойкости к электростатическим разрядам // Матер, докл. науч.-техн. сем. «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М. 1999. С. 346-349

28. Горлов М.И., Емельянов В.А., Адамян А.Г. Диагностические методы контроля качества и прогнозирующей оценки надежности полупроводниковых изделий. Мн.: Белорусская наука. 2003. - 96 с.

29. Горлов. М.И., Каехтин A.A., Адамян А.Г. Оценка надежности ИЭТ с использованием дестабилизирующих факторов // Петербургский журнал электроники. 2001. № 1. С. 33 -39.

30. Технические условия АДБК.432140.520 на транзисторы типа КП728Е1.

31. ОСТ 11 073. 062-84. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Требования и методы защиты от статического электричества в условиях производства и применения.

32. ОСТ 11 073.013-83. Микросхемы интегральные. Методы испытаний. М. 1983.4 7, С. 19а-19з.

33. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Адамян А.Г. Влияние электростатического воздействия на транзисторы типа КП728Е1 // Труды науч.-техн. конф. "Современные аэрокосмические технологии". — Воронеж, 2000. с.53-55.

34. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Адамян А.Г. Влияние электростатического воздействия на транзисторы типа КП728Е1 // Сб. науч. трудов "Твердотельная электроника и микроэлектроника". ВГТУ. 2001. С. 185-191.

35. Горлов М.И., Адамян А. Г., Жарких А.И. Оценка надежности полупроводниковых изделий с использованием электростатических разрядов // Петербургский журнал электроники. 2002. № 3. С. 59-63.

36. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник/ В. J1. Аронов, A.B. Баюков, A.A. Зайцев и др. под общ. ред. H.H. Горюнова М.: Энергоатомиздат. 1986. - 904 с.

37. Горлов М.И., Андреев A.B. Метод разбраковки интегральных схем по стойкости к электростатическим разрядам // Матер, докл. науч. — техн. сем. «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М. 1999. С. 346-349.

38. Патент РФ 2146827 RU, Cl, 7G 01R 31/26, H01L 21/26. Способ отбраковки интегральных схем / Горлов М.И., Андреев A.B. (РФ); Воронеж. Гос. техн. унив. (РФ); 98015603 / 09. Заяв. 19.03.98. Опубл. 20.03.2000. Бюл. №8.

39. Патент РФ № 2204143. Способ разбраковки биполярных транзисторов // М.И. Горлов, А.Г. Адамян, Л.П. Ануфриев. Приоритет от 3.05.2001. Опубл. 10.05.2003. Бюл. 13.

40. Горлов М., Емельянов В., Адамян А. Диагностические методы оценки надежности полупроводниковых изделий с использованием электростатического разряда//Инженерная микроэлектроника. 2002. № 10. С. 30-33.

41. Горлов М.И., Адамян А.Г. Возможность разбраковки транзисторов по стойкости к электростатическим разрядам // Сб. статей "Твердотельная электроника и микроэлектроника". Воронеж. ВГТУ. 2001. С. 139-141.

42. Технические условия на ИС типа КР561ЛН2. бКО.348.457-12 ТУ.

43. Горлов М. И., Бордюжа О.Л. Разделение биполярных ИС по уровням потенциальной надежности // Известия вузов. Электроника. 1999 №1-2. С. 71-78.

44. Выделение из партии ИС повышенной надежности / М.И. Горлов, A.B. Андреев, А.Г. Адамян, A.A. Каехтин // Сб. науч. труд. "Твердотельная электроника и микроэлектроника". Воронеж. ВГТУ. 2001. С. 139 —141.

45. Горлов М.И., Адамян А.Г., Каехтин A.A., Строганов A.B. Диагностические методы контроля качества и прогнозирующей оценки надежности полупроводниковых изделий // Инженерная микроэлектроника. М. 2002. № 1. С. 48-51.

46. Горлов М.И., Адамян А.Г. Возможность разбраковки транзисторов по стойкости к электростатическим разрядам // Матер, докл. науч.-техн. сем. «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М. 2001. С. 222-226.

47. Патент РФ № 2204142. Способ выборочного контроля надежности транзисторов в партии // М.И. Горлов, А.Г. Адамян, Д.А. Литвиненко. Приоритет от 26.03.2001. Опубл. 10.05.2003. Бюл. 13.

48. Горлов М.И., Адамян А.Г. Сравнительная оценка по надежности полевых транзисторов // Тез. докл. VI Всерос. науч. студ. конф. студ. и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». Таганрог. Окт. 2002. С. 292.