Диссертация (Методы ускоренных испытаний сверхбольших интегральных микросхем на надежность), страница 10

заряда4,2-“-36(140)8640-“--“--“--“--“-5,15559ИН19У57 (150)2403360Iil, Iih30-40мкА10мкА30-40мкАПодвижный заряд5,25559ИН19У56 (150)4803120Iozh0,7-0,8мкА0,20,8 мкАПодвижный зарядНорма ЗначениеТУдрейфаВероятная причина отказа7475Зафиксированы отказы в двух выборках СБИС: при ТН=150ºС и приТН=140ºС, что позволяет в соответствии с [2] произвести расчет коэффициентовдеградации (энергий активации и коэффициентов ускорения). Расчет коэффициентов деградации (энергий активации и коэффициентов ускорения) представлен втаблице 3.5 (формула 3.7).Таблица 3.5 – Расчет коэффициентов деградацииZTперQпер.ztznzdztizyiz3150423864020440808,3140808,3145608,4348008,4870208,8686409,0670208,862114013041340386408640202020xzμzРасчет β1 и Еаμz·xzxz22,36 8,3819,825,592,42 8,9621,705,860,00 0,000,000,00β1=Еа = 8,62*10-2β110,100,87(3.7)Z - номер режима испытаний;S - общее количество режимов испытаний;Tпер и Qпер.z - температура перехода соответственно в градусах Цельсия и Кельвина (Qпер.z =Tпер+273);tz - полное время испытаний в z -режиме, ч;nz - объём выборки, шт.;dz - количество отказов, шт.;qz - накопленная доля отказов (должна быть одинакова в каждом режиме),%;tiz - время наработки до отказа i-й ИС в z-режиме, ч;76yiz =ln tiz- зависимая переменная (функция времени);xz = 103/Qпер.z независимая переменная (функция режима);μ = (Σdzi=1 (yiz))/dz- математическое ожидание логарифма времени наработки до отказа.Расчет энергии активации по результатам изменения параметровРезультаты анализа измерений параметров в процессе наработки показывают, что отдельные параметры весьма чувствительны к условиям измерений (температура, влажность, состояние оснастки), в особенности это касается измерениймикротоков и микровольт.Целесообразно отобрать те параметры, которые в меньшей степени зависятот условий измерений и изменение их происходит в одном направлении.После вычислений средних коэффициентов линейной аппроксимации покаждой однотемпературной выборке (А1, А2, А3) можно определить коэффициенты ускорения К1 (130-140)=А2/А1 и К2 (130-150)=А3/А1 и на основании классического уравнения для коэффициента ускорения определить среднестатистическуюэнергию активации параметрического ухода по формуле 3.8.Е апар.

 k lnKx 1 1 ,   T0 Tx (3.8)77Расчетэнергии активациинаоснованиидеградацииэлектрическихпараметров СБИСРасчет энергии активации ведется с учетом деградации электрических параметров СБИС (глава 1, п.1.1, испытания при Т= 130, 140, 150 ºС).Энергия активации определяется по формуле 3.9.Ea  8,63 10 2 ln Vi Тmax ln Vi Т min, эВ 103  10 3   TKTK i min  i max(3.9)где Vi – скорости деградации параметров (определяются по формуле 3.10);Ti – температура испытаний.Voh Rohn  Roh( n1)Tиспn.  Tисп( n1).,Vol Ro ln  Rol( n1)Tиспn.

 Tисп( n1).(3.10)где n – порядковый № измерения;Tисп. – время испытаний соответствующее порядковому № измерений,Roh , Rol – деградация электрических параметров (определяется по формуле3.11).Roh U oh,I ohRol U olI ol(3.11)78где U oh , U ol – значения напряжений логических «1» и «0», измеряемые на выходеСБИС;I oh , I ol – значения токов логических «1» и «0», задаваемые на выходе СБИСпри измерении напряжений логических «1» и «0».Результаты проведенных испытаний СБИС свидетельствуют о том, что среднее значение для энергии активации на 0,1–0,15 эВ больше , чем значение энергииактивации для микросхем с проектными нормами 2,3 мкм и более.79ВЫВОДЫПриведены результаты экспериментальных исследований СБИС.По результатам испытаний рассчитаны значения энергии активации дляСБИС с проектными нормами 0,6-0,09 мкм.Результаты проведенных испытаний СБИС свидетельствуют о том, что среднее значение для энергии активации на 0,1–0,15 эВ больше, чем значение энергииактивации для микросхем с проектными нормами 2,3 мкм и более.Полученная энергия активации для микросхем с проектными нормами 0,6–0,13 мкм и менее позволяет сократить время проведения ускоренных испытанийна безотказность и наработку до отказа.804 МЕТОД УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ НА БЕЗОТКАЗНОСТЬ ИНАРАБОТКУ ДО ОТКАЗА4.1Определениекоэффициентаускоренияотказовсверхбольшихинтегральных схемОтказы СБИС могут быть обусловлены различными механизмами, поэтомудля более достоверной оценки общего коэффициента ускорения отказа в форсированном режиме по сравнению с нормальным необходимо учитывать все доминирующие механизмы отказов.1.

Для расчета коэффициента ускорения с учетом нескольких механизмов отказов необходимо определить модель коэффициента ускорения для каждого измеханизмов K i (T, U, J) отказов и относительную долю вероятности отказа ( qi ).Относительную долю вероятности отказа СБИС из-за отказа i-го элементавследствие развития j-го механизма отказа определяют по формуле 4.1 или 4.2.qij dij  dijiqij dijN,(4.1)jij ,(4.2)ijijгде d ij - число отказов СБИС, связанных с отказом i-го элемента (допускается i =1) вследствие развития j-го механизма отказа;N - общее число отказов;ij - интенсивность отказов, связанных с отказом i-го элемента (допускается i= 1) вследствие развития j-го механизма отказа.81Практически к отказам отдельных базовых элементов СБИС при одном ускоряющем факторе (например, температуре), как правило, приводит один доминирующий механизм отказа, и поэтому при оценке коэффициента ускорения используют относительную долю отказа ИС вследствие отказа i-го элемента (формула 4.3, 4.4).qi did i, di N(4.3)iqij i. i(4.4)iОбщий коэффициент ускорения K y0* для выбранного форсированного режима( T * , U * , J * ) по сравнению с нормальным режимом ( T 0 , U 0 , J 0 ) рассчитывают взависимости от имеющихся данных об относительном распределении механизмовотказов в общем потоке отказов.Если известны модели ускорения всех доминирующих видов и механизмовотказов, а также относительные доли вероятности их проявления в нормальныхусловиях ( qij0 ), то общий коэффициент ускорения рассчитывают по формуле 4.5.klim0*,K y0*   qij0  K ijpi 1 j 1(4.5)p 1где qij0 - относительная доля вероятности отказа ИС из-за отказа i-го элемента (допускается i = 1) вследствие развития j-го механизма отказа в нормальныхусловиях;0*K ijp- коэффициент ускорения j-го механизма отказа в i-м элементе СБИС привоздействии p-го фактора.При одном ускоряющем факторе коэффициент ускорения рассчитывают поформуле 4.6.82kK y0*   qi0 K i0* ,(4.6)i 1где qi0 - относительная доля отказа СБИС из-за отказа i-го элемента.Если известны модели ускорения всех доминирующих видов и механизмовотказов ( K ijp0* ), а также относительные доли их проявления в форсированном режиме ( qij* ), то общий коэффициент ускорения рассчитывают по формуле 4.7.K y0* k li  qij* i 1 j 11 m0* K ijpp 11(4.7)При одном ускоряющем факторе коэффициент ускорения рассчитывают поформуле 4.8.K0*yk1   qi* 0*  i 1 K j 1(4.8)Если известны модели ускорения только для одного из элементов СБИС иопределены относительные доли отказа СБИС из-за отказа этого элемента, как внормальном ( qij0 ), так и в форсированном режиме ( qij* ), то общий коэффициентускорения рассчитывают по формуле 4.9.K 0*yqij0qmK*ij p 10*ijp(4.9)При одном ускоряющем факторе коэффициент ускорения рассчитывают поформуле 4.10.K y0* qi0 0*Ki .qi*(4.10)Если неизвестны относительные доли отказа СБИС из-за отказа отдельныхэлементов, но при этом на кристалле имеются участки, существенно отличающи-83еся по температуре в процессе испытаний (более чем на 20ºС), рекомендуетсярассчитывать коэффициент ускорения по формуле 4.11.K y0*   Si K i0* ,(4.11)i 1где S i - удельная площадь участка кристалла с i-ой температурой.2.

Если для исследуемой СБИС по результатам испытаний не определены относительные доли вероятности отказа СБИС из-за отдельных механизмов отказов,то возможно использование имеющихся данных по базовой СБИС аналогичногоконструктивно-технологического исполнения с исследуемой СБИС. В этом случае относительную долю вероятности отказов исследуемой СБИС из-за отдельных механизмов отказов ( qij ) рассчитывают по формуле 4.12.qij  qij ij /  qij ij ,i(4.12)jгде qij - относительная доля вероятности отказа базовой ИС по j-му механизмуотказа в i-ом элементе; ij - коэффициент, учитывающий число, размеры и другие конструктивно-технологические отличия i-ого элемента в исследуемой СБИС по сравнениюс базовой.2.1. При одном ускоряющем факторе qi рассчитывают по формуле 4.13.qi qi i. qi i(4.13)i2.2.