Автореферат (Методы ускоренных испытаний сверхбольших интегральных микросхем на надежность)

на правах рукописиДорошевич Павел ВикторовичМЕТОДЫ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ СВЕРХБОЛЬШИХИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ НА НАДЕЖНОСТЬСпециальность 05.02.23 – «Стандартизация и управление качеством продукции»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМОСКВА 20152Диссертационная работа выполнена в Московском государственномуниверситете информационных технологий, радиотехники и электроники.Научный руководитель:доктор технических наук, профессорМарин Владимир ПетровичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорНиколаев Василий Николаевичдоктор технических наук, профессорГамкрелидзе Сергей АнатольевичВедущая организацияОткрытое акционерное общество «Ангстрем»Защита состоится 25.06.2015 в _____ часов в ауд. _______ на заседаниидиссертационногосоветаД212.131.04Московскогогосударственногоуниверситета информационных технологий, радиотехники и электроники поадресу: 119454, Москва, проспект Вернадского, 78.СдиссертациейможноознакомитьсявбиблиотекеМосковскогогосударственного университета информационных технологий, радиотехники иэлектроники.Авторефератразосланиразмещеннасайтеwww.mirea.ru«__»_______ 2015 года.Ученый секретарь диссертационного совета,доктор технических наук, доцентЗамуруев С.Н.31 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыОбеспечение качества и надежности сверхбольших интегральных схем(СБИС) имеет особую значимость, так как характеристики этих изделий вомногом определяют тактико-технические характеристик систем вооружения.Темпы развития микроэлектроники существенно усложняют задачупрогнозирования и оценки качества микросхем.К микросхемам предъявляются высокие требования по надежности(наработки до отказа).В настоящее время имеется увеличенная потребность наработки до отказа в1,5 – 2 раза.

Подтверждение таких требований натурными испытаниями требуетбольших временных и материальных затрат.Существующие методы ускоренных испытаний на безотказность инаработку до отказа разработаны применительно к микросхемам с проектныминормами 2, 3 мкм и более. Они изложены в РД 11 0755 «Микросхемыинтегральные.Методыускоренныхиспытанийнабезотказностьидолговечность».Запоследниегодыведущимиотечественнымипредприятиямиразрабатываются микросхемы с размерами элементов 0,6–0,13 мкм и менее.Проводятся работы по разработке технологических процессов для производствауказанных микросхем.С уменьшением проектных норм ужесточаются требования к основнымматериаламдляизготовленияконструктивно-технологическоемикросхем.исполнениеПриэтоммикросхем.изменяетсяиУменьшениетопологических норм делает необходимым уменьшение напряжений, толщинслоев окисла и металла, а также диффузионных глубин и возрастанийлегирования.

Все это влияет на физико-технические процессы, на энергиюактивации, характер отказов.4Отказы микросхем обусловлены изменением материалов и структур врезультате протекания в них деградационных процессов различной природы:химических,электрических,радиационных,термических,механических.Каждый из приведенных типов деградационных процессов может бытьответственен за возникновение различных видов отказов.Характер протекания и проявления этих отказов в значительной мерезависит от номинальных режимов работы схемы, технологии и условийприменения.

Поэтому для различных технологий и классов микросхемдоминирующими могут оказаться разные процессы.Это делает необходимым проведение анализа особенностей их протекания вхарактерных для используемой технологии элементах с целью учета иминимизации их влияния. Такой анализ целесообразно начать с оценкичувствительности параметров основных элементов микросхем к различнымвоздействиям.Необходимо проведение исследований по определению энергии активации,механизмов отказов для микросхем текущего производства и разработать методускоренных испытаний на безотказность и наработку до отказа.Цель и задачи работыПровести экспериментальные испытания, определить энергию активации,разработать метод ускоренных испытаний на безотказность и наработку доотказа СБИС с проектными нормами 0,6 – 0,13 мкм и менее.Поставленная цель предполагает решение следующих задач:1.

Провести анализ материалов испытаний на безотказность, наработку доотказаиэлектротермотренировкуСБИСстопологическиминормами0,6 – 0,13 мкм и менее и определить возможные виды и причины отказов СБИС.2. Рассмотреть возможные методы ускоренных и экспериментальныхиспытаний и определить методы проведения исследований СБИС.3. Определить номенклатуру СБИС и провести испытания.54. Определить энергию активации для СБИС с проектными нормами0,6 – 0,13 мкм и менее.5. Разработать метод ускоренных испытаний СБИС на безотказность инаработку до отказа.Методы исследованияТеоретическиеифизическиеисследованиябазируютсянаэкспе-риментальных исследованиях причинно-следственных связей дефектов иотказов микросхем с конструктивно-технологическими характеристиками,технологическимиоперациями,качествомматериалов(статистическихобобщений проведения анализа отказов микросхем).Научная новизна работыНаучная новизна работы включает в себя следующие результаты:1.

Изучены и определены возможные виды и причины отказов СБИС спроектными нормами 0,6–0,13 мкм и менее.2. Проведено уточнение возможных ускоренных методов испытанийприменительно к СБИС.3. Рассмотрены возможные методы испытаний. Уточнен и определен методпроведения экспериментальных испытаний.4. Проведены испытания СБИС.5. Определена энергия активации для СБИС с проектными нормами 0,6–0,13 мкм и менее.6. Разработан метод ускоренных испытаний СБИС на безотказность инаработку до отказа.На защиту выносятся следующие результаты:1. Результаты анализа и обобщения испытаний СБИС с проектныминормами 0,6–0,13 мкм и менее на безотказность, наработку до отказа иэлектротермотренировку позволяющие определить виды и причины отказов,изменения (деградацию) параметров в процессе испытаний.2.

Уточненные методы ускоренных и экспериментальных испытаний6применительно к СБИС в части режимов и планов контроля.3. Результаты экспериментальных исследований по определению энергииактивации для СБИС с проектными нормами 0,6–0,13 мкм и менее. Значениеэнергии активации составляет на 0,1-0,15 эВ больше, чем значение энергииактивации для микросхем с проектными нормами 2,3 мкм и более.4. Метод ускоренных испытаний СБИС на безотказность и наработку доотказа, позволяющий сократить время и затраты на испытания на 30 %.Достоверностьнаучно-практическихрезультатовдиссертационнойработы подтверждается результатами экспериментальных испытаний.Полученные значения энергии активации могут быть использованы приразработке методик оценки требований технического задания по наработке доотказа.Практическая ценность работыРазработанный метод ускоренных испытаний для СБИС с проектныминормами 0,6 – 0,13 мкм и менее позволяет сократить длительность и затраты наиспытания на 30 %.Уточненные методы ускоренных и экспериментальных испытаний поопределению энергии активации на основе параллельных испытаний выборокмогут быть использованы при разработке методов ускоренных испытаний и длядругих классов электронной компонентной базы.Реализация и внедрение результатов работыРазработанный метод предложен для включения в стандарт «Микросхемыинтегральные.

Методы ускоренных испытаний на безотказность и наработки доотказа».Полученные значения энергии активации могут быть использованы приразработке методик оценки требований технического задания на безотказность инаработку до отказа.7Апробация результатов работыОсновные положения и результаты работы включены в проект нормативнотехническойдокументации,регламентирующейпроведениеускоренныхиспытаний СБИС на безотказность и наработку до отказа.ПубликацииПо результатам исследований и практических разработок опубликовано 7научных работ – в изданиях, рекомендованных в ВАК РФ, в том числе две − безсоавторов.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, спискалитературы.

Объем диссертации 109 страниц машинописного текста. Работасодержит 8 рисунков и 14 таблиц. Список литературы включает 92наименования.2 ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобоснованаактуальностьтемыисследования,сформулированы проблема, цель, задачи, научная новизна и практическаязначимость основных научных результатов. Приведены основные положения ирезультаты, выносимые на защиту.В первой главе проведен анализ и рассмотрены результаты испытанийСБИС на безотказность, наработку до отказа и электротермотренировку (ЭТТ).Анализ и обобщение результатов испытаний показывает, что прииспытаниях на безотказность (3000 ч.), ускоренных испытаний на наработку доотказа при повышенной температуре у СБИС с проектными нормами 0,6-0,13мкм и менее после ЭТТ отказы отсутствуют.

При проведении ЭТТ процентбрака не превышает значения установленного в ОТУ.Материалы испытаний на безотказность, наработку до отказа и ЭТТ СБИС,выпускаемых ведущими предприятиями промышленности свидетельствует о8том, что после проведения ускоренных испытаний имеет место изменениепараметров (деградация).Рассмотрены возможные методы ускоренных испытаний СБИС:− методы расчетно-экспериментального прогнозирования надежности наэтапе разработки;− оценка надежности микросхем методом физико-технической экспертизы;− оценка надежности по моделям механизмов отказов;− оценка интенсивности отказов по результатам испытаний;− методы контроля качества и надежности микросхем путем анализаэлементного состава характеристик материалов и микросхем;− прогнозирование показателей надежности на основе ускоренныхиспытаний тестовых структур;− прогнозирование интенсивности отказов сверхбольших интегральныхсхем по результатам электротермотренировки.Определен основной воздействующий фактор на СБИС – температура.Показано, что наиболее приемлемым методом ускоренных испытаний нанаработку до отказа целесообразно принять «Оценку надежности методомиспытаний при повышенной температуре».