автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Модели и методы диагностики технологического процесса производства БИС средствами САПР

о -v 2 у ^

3» ~ *

яишградошй ордена трудового 1срасеого знмэм институт точной шшшки и оптики

На правах руиохшсп

ГРАНАТ Негр Петрович

УДК 621.396.9(075)

юдш и шода диагностики тезшолошчвдого

процесса производства бис средствам! сапр

Специальность 05.13.12 -Системы автоматизации

проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стоптан кандидата технических наук

Ленинград - 1990

■4

/'■■о,-;

Рьбочг. кздониг. на шзфодро "Система азтсАГдтиоа^оЕаакэго проог.тиро^юя''' Львовского ордена Ленина подктахилчзского института Лг:-;>шского комсомола.

Нг.учтлй руководитель: доктор- технических наук, профессор В.А.Козадь

Офпцкальикз аппонентн: доктор технических паук, профессор З.Н.Дсиьдобренко, дгшдидат технических наук, доцент Я.В.Седин

Ведущая организация указана в решении специализированного Совета.

диссертации состоится "/в " дека.Зрр 1990 года е час. на заседании спедиалжзированного Совета К 053.26.04 Ленинградского ордена Трудового Красного Знамени института точной нахаинки и опти'Ш. 197101, г .Ленинград, ул.Сабдинская 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан п/£п яоа5рр 1990 года

Учзный секретарь спзцц^л»:аировшаюго Совзта В.СЛ-Ьксзев

хлрд*- :ерисгйк* ртт

Актуальность т -йоги. Б послов- 1в года, сдна< пз глм'.чшс направлений, определены вопросы ускорения сод;чдьно-эконоккчастки'о развития на основе наутао-адхинчгсжсго прогресса. Р&зватнв ияфоваахтро-ники по пути роста интеграции чздшшй, пзвнаення а* и&дезноетн а качества обеспечивается разработкой и непрерывным сосвравкятвовмгзся как технологических процессов, так л катодов проектнровяш«, парокст использованном на всех этапах их создания средств автоматизации к внедрения в инженерную практику систем а?, гоыатазиро 5«:;яст о проектирования (САПР). Создание САП? в значительной степени определяет р&зра-' ботку и ускоренное внедрение в производство перспективной элементной базы и в йервун очередь болкзнх :итеграяышх (БИС).

Разработка и производство БИС порождают рад проОлга, к числу которых-относятся обеспечение качества, повиаенч» процента аихода годных изделий и пх иадеяяосгя. Анализ выходных тргАйтроз и х&рактз-. ристик, по которкы.оиениЕазтся воспроизводимость изделий, по зесгда позполяэт сделать заключение об уровне качества отдельных опврйцяй и применяемых для ях реализации. технологических средств. 3 этих-условии традициоишэ метода прозктарогаиия и.1} меру? обеспечить своа-врсмокное и- качественное вкполненяг работ по соэд.-шдв технологически оптимальных схем я конструкций с тробуг-'ягм урогнгд такиолопмзсяоЯ воспроизводимости (ТВП)» т. а. устойчазш урогюы екхода. годах» за* основной пор и эффэктигноитн процессов прсектароьснкл и ггрокззодссэп.

Проводамне в указанных направлениях исследования показывает» что одним из путей решения нозникизй ярсО'лрга является разработка к гг-гед-р-гнке более прогрессиших квтодов обеспечения ТВП В"С на основ« ?«од*-яярования, контроля, диагностики» оптккизациа 5! принятия оптнкзлыагг конструкторско-техаологичвеких реяеняй совреикпайа средстваш вычислительной техники и САПР.

Цель диссертационной -работа заключается в разработка, гютодккя обеспечения ТВП БИС на осяово системного подхода путей создания' аз*о-штизированннх катодов реакгел ряда задач кодчяяровгкня к диагкоси:-кл на катекаткчвеккх кодфяпх обьактоз проектзровгиия к процассов производства, юс адгорэтназацаи к прогрйианой рзз^эецка в язда про-, гроккно-азтодачвекого ко:якгкеа, как основной ч&сгя САПР. Дос-'ЗЕэагэ указанной цели предпол.^гулт ргзедаге еяедущкк задач? - яссхвдотодь. цроблацу ТВП БИС, гаода вцзгпж е» уровня на $ссоз8ког этап»: про«к*з-роваию! я производства, особенности форкзишша ащт «одадяропаааа и диагностика; - создать обьздгиекку» модель обмята прэлдароедгагя к процесса производств®, в вида скаозкой статястячзсхой ф1зржо-тегао-логкчзстсой модели ВИС; - построить и исследовать тгапякэсхуэ модель технологического процесса прскзсодстза БИС к«« тдэль объезт

диагностнки, позволяющую функционально связать характеристики среда производства с параметрами пооперационного и- заключительного тестового контроля; - разработать модель диагностики технологического процесса производства БИС, использование которой дает возможность инверсного отображения, количественной и качественной оценки процесса производства на соответствующих этапах проектирования и производства; - создать программно-методический комплекс обеспечения ТВП БИС, реализующий разработанные модели, методы и алгоритмы.

Матовы исследования. При ранении поставленных задач использовались методы системного анализа, аппарат математической статистики, теории вероятности, принятия оптимальных решений, математического моделирования, распознавания образов, математической физики, факторного и кластерного анализа, а также аппарат и методы вычислительной математики, прикладного "и системного программирования.

Научная новизна работы.

1. На основании системного подхода предложен и разработан метод многоуровневой диагностики, позволяющий в процессе автоматизированного проектирования и производства оценить и обеспечить уровень ТВП БИС. Разработаны структурные модели и модели функционирования сквозного технологического моделирования (СТМ) БИС, формирования математической модели объекта диагностики и диагностики технологического процесса производства БИС.

2. Разработана математическая модель полной тестовой структуры (ОТО, позволяющая, согласно заданного маршрута проектирования, моделировать технологические процессы и характеристики полупроводниковых структур. В основу ПТС заложены библиотеки операций технологического процесса,.характеристик полупроводниковых структур, а также библиотеки математических моделей'каждой-операции, что дало возможность учета воздействий случайных факторов и отработки режимов

. и параметров процесса изготовления.

3. Разработаны и развиты математические модели основных формирующих-операций процесса производства (термической диффузии, ионной имплантации, окисления, роста зпитаксиальных пленок, химической обработки), в основу которых заложена функциональная связь контролируемых характеристик с режимами изготовления, параметрами установок и характеристиками материалов.

4. Разработана методика и алгоритмы качественного и количественного выделения оптимального набора контролируемых параметров, формирование рабочего словаря признаков и построение математических моделей технологических операций и всего процесса производства БИС как модели обьекта диагностики.

- з-

5. Разработаны и развиты метода, модели и алгоритмы формирования дерева построения математических моделей объектов диагностики н идентификации возмущений технологического процесса производства., позволяйте качественно (методами распознавания образов) и количественно (статистическими методами принятия оптимальных ршенпй) оценить уровень ТВП ВКС.

Практическая ценность работа заключается-в следующем:

- разработана подсистема моделирования технологического процесса производства БКС "ТЕХНОЛОГИЯ-2";

- разработана подсистема моделирования характеристик полупроводниковых структур " Т£б Т8(Г ;

- разработана подсистема йиагностшш технологического процесса производства БИС "ДИАГНОЗ".

Реализация и внедрение результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались в ряде научно-исследовательских работ, выполнящихся в 1983-1990гг. на кафедрах: "Конструирование и технология производства радиоаппаратуры" и "Системы автоматизированного проектирования™ Львовского политехнического института. Разработанные методика и программное обоспэ-чение внедрено на одном из предприятий. От внедрения результатов работы получен годовой экономический эффект свше 30 тыс.руб. Акт внедрения приведен в диссертации.

Аппробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и бши обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах. Всесоюзные конференции: "Автокатизацяя проектных и конструкторских работ" (Свердловск, 1985); "Проблемы теории чувствительности электронных и электротехнических устройств и систем" (Москва, 1985-1987); "Функциональная оптоэлектронкка в вычислительной технике и устройствах управления" (Тбилиси, 1986); "Теория и практика принятия решений техническими системами" (Винница, 1966); "Внедрение САПР - путь совершенствования инженерного труда и качества разработок" (Винница, 1987); "Проблемы создания и развития интегрированных автоматизированных систем в проектировании и производстве" (Таганрог, 1987); "Интеграция систем подготовки кадров, автоматизации проектирования и гибкого производства РЗА" (Москва, 1987, 1988); "Математическое и малинное моделирование в микроэлектронике" (Паланга, 1987); "Автоматизация проектирования и производства радиоэлектронных устройств и средств управления" (Одесса, 1988); "Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микроЭВМ" (Воронеж, 1989); "Теория и практика построения интеллектуальных интегрированных САПР

ЮА к БШ* (Косста, 1989, 1990). Всесоюзное соее-цглке ©Л "Техноло-пня а органкгвдяд проазводетха" (Ивано-Франковск, 1967); Ксордина-цаогазв еоьезаагё свгдая САПР ?П-(Львов, 1938); Рвсх^блвкзиокая шо,са-с«аежр "Метода авмйатавецзш ароехтгровгнЕЯ ЭВА к СБИС (Кгег—Чзраовцы, 1933, 1989); иаучко-теккачсекке конференции профве-сорсьс-прзподаватаяьского состава ЛПИ (Львов, 1984-1989); Есесоюз-кая школа-семинар "Матоды искусственного интеллекта в САП?" (Гурзуф, 1920).

В полной обьеиг двссартадюкаая работа докладывалась на кафедре "Система автом&ткзкровгцшого проектирования" Львовского ордена шдитехгшчэского ккетптута.

На зазулту оиюсятся следукцке основные положения:

- струшуршз а внфоризцкоюша модели сквозного технологического иодзлкроваияя БИС, автонаткзировянного формирования математичзеких кодэлай ебьекга диагностик 'в диагностики технологического процессе производства ВИС;

- гитьлагвчзоквя модель полюй тестовой структуру, составными частая которой нглагтея: коде ль технологического процесса производства, ВМС» шавщзя библиотеку операций к библиотеку математических кодвлгй хаэдой операнда; кодель зжымшров тестовых структур, илиж— щзя бкбяиотвяу характеристик полупроводниковых структур и библиотека шй'еадянчосюа; ыодеязй параметров физической структуры, пассивна п акишйих злемнтоз;

- вдтемах2часк?.о кодвля опграцай таряческой диффузии, кошой зшп-¿жксц?и, ошн&нее, форьсфопгиля гвитаксиальннх пленок и хшешге-кой обреЗотки;

- '¿мод и аягораг-и формирования рабочего словаря признаков (коит-ро-лггрусь&ос параметров) к построения математических моделей как поделай объекта диагностика;

~ язтодк и алгоритмы модельной диагностики технологического процесса производства как сопсоба качественной и количественной оценки уровня 5ВП БИС, в том чвело модели построения плат моделирования возиуцаш;;, струкгдао-инфоркационного преобразования признакового прсстрг.яси'Е«., ввделснкс регжздих правил к принятия решений в задачах распознавания образов;

- програмгно-ксгод-кчоскай комплекс» построекгай по модульному принципу оргв1£8зсцак програаяшго обеспечения и формирования на их основе адьтбрп&ткмак вариантов способа ркаения задач моделирова-юк п дгжгиоствкя цроцзсса производства БИС.

Оу&сгеавук по работа. По кагеркал«м диссертационной работы оззгблзлсвгло 18 печеных работ.

Структура и объем работа. Диссертационная работа состоят аз: введения; пяти глав с выводами; заклвчгння, изложенных на /3/ страницах; списка литературы, включающего'/3/ наиманозаннй, а тавзэ У'З рисунка; 33 таблиц и прялоканий на /3 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во впадении изложена общая характеристика работы, опрвдвЖетл целя и задачи исследования, ефорыухирована научная новизна а практа-ческая ценность работы.

В первой главе дан краткий анализ современного состояние кзтодо-логии обеспечения качества функционирования и ТВП БИС. Уяазйка .основные производственный проблемы обеспечения ТВП с учетом констструктор-ско-техноло'гических особенностей и ограничений процесса проектирования и производства, что позволило сделать вывод о. необходимости комплексного подхода к решению задачи.

Анализируя проблему системного подхода к обеспечении ТВП БИС путем решения" задач.моделирования, контроля, диагностики, оптимизация и принятия решений на основных уровнях автоматизированного проектирования, сформулированы основные задачи, решаемы® в диссертация:

1. Создание объединенной модели объекта проектирования и процзсса производства в виде сквозной статистической физихо-'гохнологнчзехой модели БИС.

2. Построение и исследование математической модели технологнчзского процесса производства БИС как модели объекта диагностики.

3. Разработка ыодели диагностики технологического процесса производства БИС на основных уровнях проектирования и производства с целью обеспечения требуемого уровня ТВП.

В основе комплексного подхода (програ&шо-ьгатодичэского кога-лекса) находится разработанная сквозная технологическая модель (СТМ) БИС, которая позволяет расчитать конструхторсно-технологячвскяв и функциональные параметры элементов и изделия в целом и описывается иерархической совокупность» математических моделей:

СТМ БИС: «/ х, ,1//>)',

Л У*Р(Хэ,)(3М;

где: Ъп;р"¿Т - контролируемые и управляешь пара-

метры; в {¿с/}г / => С7П - контролируемые случайные параметра технологических операций; 2ц =» гХщ} - неконтролируеннг

случайные параметры процесса производства; 1!п*{{¿/¡¿У, (*£?}р *~

1-."0Д!Е»з параметры технологического процесса дал кавдой р-ой опера-¿/г"{и.н7/ ¿-{,£{ - топологические характеристики элементов; ир /-/,¿2 -'резаин функционирования элементов для каздого

Л-го типа, элементов; Г'*/,^ - выходные статисти-

ческие и динашческис характеристики моделей элементов; Х%= {,

- описание принципиальной_схекы; Ха.'{ХецУ, ¿'/¡^ш ~ ре-23£ж анализа схемы; У-{¡/¿}, <¡"1 9к - выходные характеристики электронной схема.

На основании СГМ БИС предложена модель ПТС, позволяющая расчитывать характеристики пооперационного и заключительного тестового контроля к является исходной для формирования математических моделей объекта диагностики. В основу ПТС заложены подсистемы "ТЕХН0310ГШ-2Н ■ "7£377?£/ '

Основу подсистемы моделирования технологического процесса производства БИС "ТЕХН0Л0ГИЯ-2" составляет библиотека моделей технологических операций, которая вкдшчает в себя операции диффузии, ионной анплантацаи, окисления, эпитаксиального роста пленок, химической обработка, осаждения, литография. • Каядая операция имеет свою библиотеку математических моделей (дисперсионных, регрессионных, аналитических к численных), являющиеся частнкш решениями уравнений описывающих физические изменения при проведении операций и характеризующие особенности производственного процесса. Формализованная модель операции является базовой для проведения многократных модельных экспериментов и состоит из пяти составляющих (полупроводниковой пластины, среды производства, установки, потока реагентов, производственного процесса), темпоратурно- и разово-временных диаграмм. -Подсистема "ТЕХН0Л0ГИЯ-2" позволяет, согласно заданной структуре полупроводниковой области и марпрута проектирования (последовательности технологических операций), гибко формировать и отрабатывать маршруты технологического проектирования. Основу подсистемы расчета характеристик полупроводниковой структуры *Т£5ТЙ1!П составляет библиотека характеристик тестовых элементов и состоит из трех библиотек математических моделей: физической структуры, пассивных и активных элементов.

Предложен метод формирования математических моделей обьекта диагностики посредством составления априорного словаря признаков, формирования рабочего словаря признаков и математического описания обьекта диагностирования. Априорное признаковое пространство формируется моделированием характеристик полупроводниковой структуры с помощью. ПТС согласно уровня автоматизированного проектирования или производства (обусловлено наличием задаваемой полупроводниковой структуры и последней операции процесса). Тогда, с помощью предложенного алгоритма на модели ПТС проводятся модельные эксперименты, позволяющие,

используя методы регрессионного анализа, выделать рабочий словарь признаков и построить математическую модель объекта диагностики.

Разработаны структурные модели диагностики технологического процесса производства БИС на основании методов распознавания образов "ОБРАЗ" и статистических методов принятия оптимальных реяений "ДОНОР" Подсистема "ДИАГНОЗ", реализуемая предложенные метод, модели и алгоритмы, работает в режимах обучения и идентификации. В режиме обучения формирование эталонных образов состоит из последовательности решаемых задач: формирования возмущений процесса производства, моделирования ситуаций технологического процесса,бинарного представления признакового пространства, структурно-информационного его преобразования, кластеризации методом К -внутренних средних в двумерном пространстве и формирования характеристик образа. На фазе идентификации модели пакета прикладных программ (ПШ1) "ОБРАЗ" работают аналогично предыдущему, отличительной чертой которого является замена' модели формирования возмущений на модель контроля параметров в реальном процессе. Тогда, используя теорему Байеса, характеристики реального образа н разработанные решавшие правила, принимается решение о вероятности принадлежности образа реального объекта диагностики одному из эталонных. Модели ППП "ДАШОР" позволяют непосредственно определить характеристики параметров возмущения на основе линеаризованной модели по результатам тестового контроля.

Для решения задачи многоуровневой диагностики строится дерево на верхней уровне которого используотся модели ПШ "ДАШОР", а на нижнем - ППП "ОБРАЗ", что позволяет по характеристикам кристалла выделить операция проводимые некачественно, а на втором шаге провести идентификацив параметрических возмущений данной операции.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей операций технологического процесса: термической диффузии, окислотяя, формирования эпитаксиального слоя, ионной имплантации и химической обработки. Разработанные модели, составляющие основу библиотеки операций технологического процесса, позволявт функционально связать характеристики технологической среды производства с контролируемыми параизт-, рами операций.

Библиотека математических моделей операций диффузии содеркит модели, позволяющие расчитывать профиль распределения легирующей пригаси в зависимости от условий проведения операции: дйффузия через окисел, диффузия из окисла, диффузия из легированного окисла через нело-гированный, одностадийные и двухстадийш® процессы, диффузия с различными значениями эффективного соотношения коэффициентов диффузии при загонкз и разгонке, процессы с использованием определенного легирующего материала (бора, фосфора, мдакяка и сурьмы).

-в'

С цэяь» учета характеристик производственного процесса разработана модель расчета поверхностной концентрации легированной области з зависимости от температур процесса и стабилизации днффузанта, расстелив« шзэду дкффузантоы к крешивЕышс пластинами в лодочке, скорости расхода газа-носителя, соотношения диаметров кварцевой трубы и храшшевнх пластин.

Предложены аналитические выражения для расчета коэффициентов диффузия с учетом изменения их значений при высокой концентрации легирующей примеси. Эффективные значения коэффициентов диффузии учитывают все этапы операции от загрузки до выгрузки с установки.

В библиотека математических моделей операции окисления заложены модели, учитывающие такие факторы как температура и длительность процесса, . давление окислящвго реагента, скорости потоков кислорода, па-роз вода и их соотношение, угол крешиевцх пластин в партии, ориентация пластик а использования хлорсодоркащих сред. На основе экспериментальных денных уточнена модель для расчета скорости роста даокиси крвшня в сухой кислороде, содержащем НС£ при нормальном давлении и в дя&пазоне температур ГО00-1200оС. Аналитическая модель расчета су-агзгя Ешршш защищенной зоны в кремнии от температуры процесса и гевцентрацаи легирующей примеси позволила повысить эффективность рас-чатов при использовании известных математических моделей. Моделирование окнешя: пленок проводится дискретно, в форме приращения, что далс -везшаность учитывать нзизкшшо концентрации легирующей примеси по глубше полупроводниковой структуры н температурных режимов в к&тадый шкзит времени.

Для формирования библиотеки математических моделей нарацивания эшзтаксиальных пленок поставлены пассивнкв и активные эксперименты. Результаты экспзркигятов дали возможность построить аналитически® и рзгрееевоинкэ модели, связнвазщие характеристики формирования пленок в газовой среда с режимами изготовления (температура и время процесса, расхода фосфкна, водорода, тстрахлорида кремния и т.д.).

Джя формирования областей с помощью ионного луча проведено т-со-ретЕчэское я экспериментальное исследование.аппроксимаций распределения примеси: Гоуса, двойного Гауса, Пирсона и Эджворта. Предложенная аппрокешация параметров моделей позволила учитывать влияние тока луча, напряжений вытягивания и ускорения, дозы, температуры я давленая откачки, на выходные характеристики, а также использовать извъ-1т-ниэ распределения для различные материалов и анергий.

Библиотека математических моделей химической обработки содержит модели для расчета огорацяй пяазмо-хкшческого, конного, жидкого и разового травления. Предложьна универсальная модель, позволяющая оп-

ределить скорость травления от изменения одного из трех параметров (приповерхностной концентрации травителя, обьема или веса кргкякввой пластины), а такасе регросскгамкэ модели, построенныэ на основании экспериментальных данных.

Третья глава посвяцона разработке моделей расчета характеристик полупроводниковых структур и формирования математических моделей объекта диагностики.

При расчете характеристик полупроводниковой структуры используются известные и разработанные модели: параметров физической структуры (подвижности электронов и дырок, времена жизни неосновных носителей, параметры процессов генерации-рекомбинации и т.д.); пассивных элементов (резисторы, сформированные в различных областях структуры, конденсаторы на основе р-п переходов при приложенных напрягеииях и без них и т.д.); активных элементов (п-р-п и р-п-р транзисторов и их параметры: прямой и инверсный коэффициенты передачи, ток иасивцения, напряжение Ирли, сопротивления, паразитные емкости и пробивные напряжения р-п переходов и т.д.). Предложенные математические модели расчетов влияния легирующей пртаеси на собственную концентрацию крзкния и на значение ¡п -фактора, характеризующего возрастание тока рекомбинации в переходе по сравнения с диффузионным током, позволили повысить точность моделировения. Использование аппарата статистического анализа дало возможность провести обработку результатов глодеяировашя для получения моментов распределения характеристик, катриц корреляций, ковариаций и чувствительностей.

Предлагается метод определения рабочего словаря признаков.- Устанавливаются допустимые значения характеристик распределений входннх параметров технологического процесса и по определенно^ плану выполняется необходимое количество кашнньос экспериментов для пояучешгй требуемого множества выходных функциональных параметров■и характеристик ПГС. Формируется априорное бинарное пространство для ¿-ой тестовой структуры, элементы которого отражают никни® а верхние допустили границы выходных параметров, Шожество параметров ТС полгостьи характеризует уровень функционирования в пределах критических значений аргументов. Используя энтропию, определяем количество информации, необходимой для контроля состояния технологического процесса как слоз-ной систеш. Частную информацию о скстеке находим из натркцц чувствительности параметров ТС к изменению параметров среды производства. Критерием количественного и качественного отбора признакового прост-. ранства является равенство значений информации по Шэннону а сукги нормированных коэффициентов чувствительности с накиеньпей зктропнгй.

Приведен план построены регрессионных модегей ебьоета деагнос-

теек. Согласно дерева диагностики, характеризующего операцию, группу операций или весь технологический процесс на основании метода формирования рабочего словаря признаков определяются входные и выходные параметры модели. Определив пределы адекватности модели с помощью модели ПГС проводим модельные эксперименты. Полученные результаты используются для построения регрессионной модели. Для моделей ППП "Д/ШПОР" на основе регрессионной строится линеаризованная модель вида:

В глаке дан анализ существующих методов тестового контроля поверхностных сопротивлений, эффективной ширины линий, характеристик активных элементов и предложены оптимальные тестовые элементы для контроля этих характеристик. Результаты, полученные с помощью тестовой структуры в состав которых входя1!; рассмотренные элементы, позволили провести анализ пробивных напряжений, сопротивлений областей, коэффициентов усиления транзисторов, параметров эпитаксиалышх пленок и влияние их на пробивное напряжение схемы, а такке процент выхода годных изделий. Использование результатов контроля в производстве дало возмошоеть настроить модели ПТС на базовый процесс производства.

Четвертая глава посвящена вопросам разработки алгоритмов и математических моделей диагностики.

С целью построения плана моделирования возмущений разработана процедура, позволяющая получить информацию об возмущениях, появление которых считается наиболее вероятным и тем самым правильно направить процесс обучения. Проведя анализ чувствительности формируем вектор нормализованных коэффициентов чувствительности, которые характеризуют важность возмущений математической модели и выбираем наиболее чувствительные к выходным параметрам. По результатам ранговой корреляции, проведенной на основании опроса специалистов, проверяем соответствие параметров возмущений к базовому технологическому процессу.

Разработан метод преобразования я -мерного признакового пространства в двумерное, координатами которого для /'-ой выборки являются:

где: Р^, Рл - вероятность брака / -го и ¡1 -го параметра при г-ой

выборке, которые определяются из матрицы бинарного признакового пространства В=й6ц8, , ¿¿ц - коэффициенты влияния изменения параметров, значение которых зависит от математических ожиданий и дисперсии моделируемых параметров - важность параметров по всем возмущениям технологического процесса. Такой подход позволяет уменьшить время вычислительных процедур и преобразовать многомерную выборку в структурно-информационное пространство с выделением особенностей моделируемой технологической ситуации.

После кластеризации полученной выборки в структурно-информационном пространстве производится выделение характеристик образа в этом пространстве, который характеризуется графом образа (расстояниями между центрами всех кластеров), его местоположением и ориентацией в двумерном пространстве.

Разработаны решающие правила, использование которых позволяет принимать реиенке о принадлежности реального объекта диагностики к одному из библиотеки эталонных. Эти решавдие правила основаны на характеристиках образов и приведения их к одной метрике с назначением весовых коэффициентов. Окончательное репение принимается с применением теоремы Байеса.

Рассмотрен и развит аналитический метод принятия оптимальных решений, который позволяет на основании линеаризованной модели, построить непосредственное инверсное отображение ситуации"технологического процесса, {¿^тематические ожидания параметров контроля и характеристик среды производства Л& при возмущенном процессе производства можно связать уранением:,

АтАХ&*-Ат1в

где: Л - матрица чувствительностей.

Матрица ковариаций параметров технологического процесса оценивается следующим образом:

К« = (А ТА Т'АтКы А (А ТАУ

Так как эти выражения справедливы в окрестности аргументов рассматриваемой области, то матрица А представляет постоянные изменения на основе расчетов новых значений XI . Работа алгоритма считается законченной, если значения матрицы А на предыдущем и последующем шагах итерации нэ изменяются.

Пятая глава посвящена вопросам разработки программно-методического комплекса (ПЖ) моделирования и диагностики технологического процесса производства БИС. ПЖ включает в себя комплекс программных модулей, предназначенных для решения целого ряда сравнительно бальших взаимосвязанных задач, ориентированных на обеспечение устойчивого

уровня тш. в основу организации комплекса положен модульный принцип; подобная -структура позволяет легко наращивать функциональные возможности, расширяя набор программных модулей и кроме того, модифицировать отдельные модули. Он обладает стандартизированной и оптимальной структурой, .гибкостью, ^нкциональнш соответствием и полнотой. По способу управления относится к пакетам сложной структуры с произвольной последовательностью обращений к модулям. Функции управления сосредоточены в специальных модулях, образующих управляющую программу. Межмодульный интерфейс организуется на уровне оперативной памяти и файлов на внеш- них носителях; Организация обращения к обрабатывающим модулям осуществляется с..помощью программно-ориентированного входного языка. Управлявшая программа ПМК позволяет осуществлять связь с другими пакетам! прикладных программ (подсистема сквозного моделирования ИС "ТЕШС" и пакета прикладных программ "ОПТИМИЗАЦИЯ"). Программные модули имеют следующее назначение: "ШИТ - моделирование технологического процесса, МШД_-модели обьекта .диагностики; "ШХПС" - моделирование характеристик полупроводниковой структуры; "ДЙАГНОЗ" - диагностика; . "СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ" - статистический анализ;- "ЮДУЛЬ" - построение регрессионных моделей.

Функциональные возможности ПШ: Задача I. Моделирование технологического процесса-. "ШШ",

"СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ". Задача 2. Моделирование полупроводниковой структуры: "МНТП", "ММШС",

"СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ". Задача 3. формирование параметров тестовой структуры: "ШГП", "ММХПС"

"СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ", "ШЭД". Задача 4. Построение модели обьекта диагностики: "ШШ", "ШШС",

"СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ", "МШД", "ШДУЛЬ". Задача 5. Построение модели обьекта диагностики для решения задач другого типа: "ЮДУЛЬ", "ШЭД", "СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ", "МОДУЛЬ".

Задача 6. Формирование эталонных образов обьекта диагностики: "МОД",

"ЮДУЛЬ", "СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ", "ДИАГНОЗ". Задача 7. Идентификация возь^ущений обьекта диагностики: "ДШТЮЗ".

3 главе освещены вопросы построения структуры ПМК; даны характеристики управляющим модулям и модулям тела комплекса. Ш.К функционирует в вычислительной среде операционной системы ОСАЙТбЛ и выше для эвм серии ЕС в пакетном и мультипрограммном режимах с терминальной связью с использованием диалоговых систем УЕС, пРЯШ№ или "ВЕКТОР" и большинство систем на ПЭВМ.

■Приведены основные эксплуатационные характеристики ПМК.

-ЛЗ"

3 приложении приведши описания методов построения регрессионна*

моделей, таблчда и гравики стандартные конфигураций полупроводниковое

обл-четей для расчета сопроттаяеяий и датод кластеризация К -внутренних средних.

основные результаты работы

1. Предложена и разработана методика многоуровневой диагностики, позволяющая в процессе автоматизированного проектирования и производства оценить и обеспечить уровень ТВП БИС. Разработаны структурно схемы и методы функционирования СТМ ЕИС, формирования математических моделей объектов диагностик!! и диагностики технологического процесса производства изделий.

2. Разработана математическая модель ПТС, позволящая з среде прибор-но-тсхнологических САПР, моделировать, по заданно?,(у карзруту проектирования, технологические процессы и характеристики полупроводниковых структур. В основу ПТС залозены библиотеки математических моделей операций процесса производства к характеристик полупроводниковых структур.

3. Разработана подсистема сквозного физико-технологического моделирования технологических процессов изготовления БИС "ТЕХШШПИЯ-2И. Разрабо'такы и развиты математические модели оснозяис операций процесса производсизч (термической дпффуэия, иошой кизлантации»' окисла, тя, формирования опитаксиальних пленок, химической обработки),

в основу которых положены функциональная связь контролируемое характеристик БКС с рекимаш изготовления, паргкотраги установок к качеством используггах гаг'йгяалоз.

4. Разработана подсистема иедкгаровгнкя характеристик полупроводниковые структур "Т£$Т№г". Прснзгедгна ¡идентификация с;и;естзуюцих математических моделей расчета параметров физической структуры, пассивных к активных элементов БКС с использованием результатов работы подсистемы "ТЯХН0Л0ГИЯ-2". Разработанные математические хгодели расчета собственной концентрации кремния и /г? -фактора позволили повысить эффективность использования аналитических выражений.

5. Раярпйотан метод и алгоритм качественного и кожчзствзннсго вода-ления оптимального набора контролируемых лараиггров как необходимой и.достаточной информации о ходе процесса производства и качества полупроводниковой структуры; формирования рабочего словаря признаков; построена* математических моделей технологических операций

и всего процесса производства ЕИС как модели ебьекта диагностики.

5. Разработана подсистема шсгоурсыивой диагностики технологического процесса производства БИС ЯЛИА1Н03", позволяла форировать дерег-о

построения математических моделей обьекта диагностики, решать задачи идентификации возмущений процесса производства и использовать эти результаты для качественной и количественной оценки уровня ТВП БИС. Разработаны и развиты метода и алгоритмы построения плана моделирования возмущений, структурно-информационного преобразования признакового пространства, выделения решающих правил и принятия решений в задачах распознавания образов.

7. Разработан программно-методический комплекс, »построенный по модульному принципу организации программного обеспечения и формирования на их основе альтернативных вариантов способа решения задач моделирования и диагностикиг технологического процесса производства БИС,

8. Полученные в работе практические и теоретические результаты внедрены в практику проектирования и производства БИС на предприятиях страны, эксплуатация которых подтвердила эффективность их использования. Получен экономический эффект от внедрения в суше 32,5 тыс. рублей в год.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах^

1. Лобур М.В., Василишин P.M., Гранат П.Б. Оптимизация физико-технологических характеристик биполярных транзисторов. -Вестн. Львов, политехи. ин-та,М86. -Львов, Вища школа, 1984. -С.77-80.

2. Лобур М.В., Василишин P.M., Гранат П.П. Прогнозирование процента выхода годных биполярных Kf.C на этапе технологического моделирования. -Вестн.Львов.политехи, ин-та, И96. -Львов, Вища школа, 1965.-С.76-78.

3. Лобур М.В., Василишин P.M., Гранат П.П. Технологический анализ параметров биполярных ИС и фотодиодов с помощью ЭВМ. -3 кн.: Автоматизация проектных и конструкторских работ. -Свердловск, IS85. -С. 68-69,

4. Лобур М.В., Гранат П.П. Исследование влияния технологических режимов изготовления биполярных ИС на параметры их компонентев Деп.сб.: Совершенствование методов проектирования и производства радиоаппаратуры, »1043, Укр. АИШГИ, 1966. -С.34-48.

5. Коваль В.А., Василишин P.M., Гранат П.П. Технояогический анализ параметров биполярных Ю и фотодиодов. -В кн.: функциональная электроника в вычислительной технике и устройствах управления. -Тбилиси, 1986. -С.49-51.

6. Коваль В.А., Лобур М.В., Гранат П.П. Модельная диагностика процесса производства ИС на основе методов распознавания образов..-

В кат.конф.: Теория и практика принятия решений техническими системами. -Винница, 1986. -С.9-10.

7. Лобур М.В., Гранат П.П. Программные средства оценки информативного веса признаков методом анализа чувствительности..-В мат.конф.: Теория и практика принятия решений техническими системами,- Винница, 1986. -С.7.

8. Василишин Р.М., Гранат П.П. Статистическая физико-технологическая модель Ш1. -Вопросы радиоэлектроники, Серия ТПО, Выцуск 3, 1985.-С.117-120.

9. Лобур М.В., Гранат П.П. Расчет корреляционной зависимости между параметрами элементов биполярных ИС. -Вестн.Львов.политехи, ин-та, М215, Львов, Вица школа, 1987. -С.62-65.

10. Коваль В.А., Лобур И.В., Гранат П.П. Статистическое технологическое моделирование тестовых структур для сквозных САПР. -В кн.: Внедрение САПР - путь совершенствования инженерного труда и качества разработок.- Винница, 1967. -С.9.

11. Коваль В.А., Лобур М.В., Гранат П.П. Подсистема статистического технологического моделирования полупроводниковых интегральных схем. -В кн.: Автоматизация проектирования и производства радиоэлектронных устройств и средств управления. -Одесса, 1980. -С.65.

12. Лобур-М.В., Гранат П.П. Интерактивные'методы моделирования полупроводниковых ИС. -В кн.: Интеграция систем целевой подготовки кадров, автоматизация проектирования и гибкого производства РЭА.-Ереван, 1988. -С.43.

13. Коваль В.А., Лобур М.В., Гранат П.П. Подсистема статистического технологического моделирования полупроводниковых интегральных схем. -Проспект: Выставка завершенных работ-88 ВДНХ УССР, 1988. -С.2.

14. Коваль В.А., Лобур М.В.» Гранат П.П. Определение параметров тестовых структур для диагностики технологического процесса,- Сб.науч. трудов: Вопросы разработки комплексов автоматизированного производства и их организационного обеспечения. -Москва, МАИ, 1988. -

С.38-42.

15. Лобур М.В., Гранат П.П., Матвийкив О.М. Метод определения параметров технологического процесса производства ИС. -Вестн.Львов.политехи, ин-та, №236. -Львов, Вгаца школа, 1989. -С.72-75.

16. Коваль В.А., Гранат П.П. Моделирование процесса производства ИС. -В кн.: Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микро-ЭВМ.- Воронеж, 1989. -С.191-192.

Т.. Ггваь? П.П., Закали;: ЛЛ!., В.Б. Кэдслироваюк* процессов

^равлаыя з лздуцрчч*-- -.лкэвой техногогки. .шлите®,

нн-та, »245. -Львов, fcasa пкола, 1990. -С.24-26, 18. Коваль S.A., Лобур Ы.З., Гранат Я.П. Тестовая ездгкздю. для контроля и диагностики томологячаокого процесса пракаводстаь Ш» -В кн.: Катода кскусствешого интеллекта в САПР. -Вороне;», 1990.~ C.I47rI49.

Пода, к яачаги 5". ff во.щopsm 60x3«'^ i\ б Зушга айиограф. й 2. Офо. печ, Уоя.пач. я 7. jcs. «рас.-üi2, ^ Учегно-кад, л о 95 '—Щ^Ощпв. 8ax,f90JScottmmo

.Ш^Ш^ЩшЫЬЖтй^Ж

Учаоак; o»sra малой почагя ояагвого завода ЛШ

ЛЬ202} ул. 1-ГО Кая, 28»