Диссертация (Методы ускоренных испытаний сверхбольших интегральных микросхем на надежность), страница 4

Расчет коэффициентов Акв проводится по формулам 1.14 и1.16 приложения А [32].27Значения λи на 1000 ч. наработки по результатам ЭТТ в соответствии с[32] определяется по формуле 1.19.11Вt ЭТТ  1000B  t ЭТТ ln  W WdNЭТТ , SЭТТ , S  S 1S 1,Вt ЭТТ 1000  К у.ЭТТиЭТТ(1.19)где В – параметр формы при распределении отказов от времени по законуВейбулла;tЭТТ– продолжительность ЭТТ (240, 168 часов);WNS 1ЭТТ , S– общий объем количества микросхем всех партий, испытанныхв процессе ЭТТ;WdS 1КЭТТ , Sу.ЭТТ– количество микросхем, отказавших в процессе ЭТТ;– в соответствии с [2];S,W – индексы обозначающие количество испытанных микросхем, по которым производится обобщение.Формы изложения данных и результатов оценки обобщенного значенияλи даны в приложении Б и В [31].1.2.5 Методы контроля качества и надежности микросхем путем анализаэлементного состава характеристик материалов и микросхемКонтроль качества на этапе разработки и производства, особенно сложных микросхем целесообразно проводить по характеристикам структур, элементов.

Для контроля разрабатывается соответствующие методики и структуры, т.е. разрабатываются структуры контроля качества микросхем и соответствующие методики [18, 20, 21]:28- методика термополевых испытаний диэлектрических слоев для оценкимиграции быстро диффундирующих ионов;- методика контроля уровня ионных загрязнений в структурах;- методика контроля параметров времязависимого пробоя диэлектрика;- методика контроля деградации тока стока МОП транзисторов под воздействием горячих носителей;- методика испытаний КМОП-структур для оценки тиристорного эффекта;- методика оценки собственной коррозийной стойкости металлизациимикросхем;- методика оценки электромиграции.Методы оценки надежности микросхем радиационно-стойких и не радиационно-стойких аналогичны [33, 34].Вопрос можно поставить по-другому.

На этапе производства определитьсоответствующие структуры, параметры, установив их зависимость с уровнем радиационной стойкости, по которым можно оценивать радиационнуюстойкость, т.е. установить корреляцию между значениями параметров в процессе изготовления и уровнем радиационной стойкости микросхем по результатам квалификационных испытаний. Контролируя данные параметрыпри изготовлении, можно ожидать радиационную стойкость микросхем нехуже определенных значений.Такими параметрами могут быть пороги, термополевая стабильность,обратные сопротивления – сопротивления в цепи обратных связей, токи потребления.

Т.е. определив критичные параметры их карты, обеспечивающиеуровни спецстойкости не ниже соответствующих значений, которые былиустановлены в процессе испытаний. При поддержании стабильности технологического процесса можно оценивать уровень спецстойкости.Для каждого фактора, влияющего на радиационную стойкость, должнывыявляться соответствующие параметры, установлены нормы.29Параметром, дающим возможность контроля устойчивости к единичнымсбоям, может быть сопротивление резисторов обратной связи и величина тока.Параметром, дающим возможность контроля устойчивости и воздействию накопленной дозы, может быть сдвиг порогового напряжения [35, 36,37].Аттестация производственной линии изготовителя с точки зрениянадежности и радиационной стойкости обеспечивает качество продукции,которое гарантируется соответствующим контролем всей последовательности производственного процесса, от разработки конструкции до сборки.

Аттестация изготовителя состоит из трех этапов: аттестация технологическойлинии, аттестация изготавливаемой продукции и мероприятия по поддержанию уровня качества.После установления соответствующих соотношений, достаточно контролировать величину сопротивления обратной связи по установленнымнормам так, чтобы они постоянно находились в определенных пределах.Предпочтительнее измерять сопротивление обратной связи на пластине после формирования резисторов обратной связи. Это обеспечивает ранний инаиболее экономичный контроль технологического процесса. Если измерения «контрольной» пластины выходят за пределы, установленные методамистатистического контроля, вся партия бракуется и предпринимаются соответствующие корректировочные мероприятия для устранения отклонений.Целесообразно устанавливать еще соотношение сопротивления обратнойсвязи, измеренное в ходе технологического процесса и после его завершения.Так как после формирования резисторов обратной связи проводится ряд технологических операций (термоциклирование, осаждение слоев металла,плазменная обработка, отжиг).

Эти технологические операции вызывают изменение структуры зерен поликремния, внедрение в структуру атомов водорода. Это влечет изменение величины сопротивления обратной связи.30Для КМОП технологий основным механизмом отказов является постепенное изменение, вызванное образованием центров захвата носителей награнице кремний-окисел под воздействием радиации.Для того, чтобы обеспечить требования к устойчивости к воздействиюнакопленной дозы, нужно контролировать величину сдвига пороговогонапряжения, поддерживая ее в заданных пределах.

Хотя основным параметром, от которого зависит устойчивость воздействию накопленной дозы, является сдвиг порогового напряжения, обусловленный захватом зарядов вокисле, нужно контролировать и токи утечки, стремясь к их уменьшению.Важным элементом обеспечения радиационной стойкости является организация статистического контроля технологического процесса. Применение методов статистического контроля радиационной стойкости следует рассматривать как применение статистических методов контроля технологических параметров, влияющих на уровень радиационной стойкости (толщина ирежим выращивания окисла, высокотемпературный отжиг). Соответствующий контроль этих операций может быть успешно использован для обеспечения радиационной стойкости.Чтобы обеспечить соответствие требованиям к гарантированному уровню стабильности процесса, надежности и радиационной стойкости, необходимо определить коэффициенты стабильности технологии Ср и Срк [38, 39,40, 41, 42], так как они дают возможность соотнести контроль технологического процесса с заданными значениями надежности, радиационной стойкости и с предельными значениями параметров, установленных в ТУ.Преимущество аттестации изготовителей может быть реализовано засчет применения тестовых структур, методик и средств контроля в процессепроизводства.

Применение тестовых структур и средств контроля в процессепроизводства предоставляет возможность раннего предупреждения об отклонениях в ходе технологического процесса и своего рода вид отбраковки, чтодает возможность корректировать технологический процесс, обеспечиваявыпуск надежных и радиационно-стойких микросхем.311.2.6 Прогнозирование показателей надежности на основе ускоренныхиспытаний тестовых структур1.Метод прогнозирования показателей надежности на основе уско-ренных испытаний тестовых структур базируется на определении количественных показателей надежности СБИС по показателям надежности структурных элементов, получаемых по результатам их испытаний в составе тестовых схем.Данный метод является наиболее предпочтительным для прогнозирования надежности интегральных схем в процессе разработки и при введенииизменений в технологический процесс.Тестовые структуры изготавливают в едином технологическом цикле сСБИС, надежность которых прогнозируют.Рекомендуется тестовые структуры, предназначенные для испытаний нанадежность, встраивать в каждую пластину изготавливаемых СБИС либо изготавливать на отдельной пластине (пластинах) в одной партии с этимиСБИС.Тестовые структуры необходимо формировать из элементов (фрагментов) СБИС, которые позволяют наиболее полно выявлять доминирующиемеханизмы отказов.

При этом тестовые структуры должны выбираться такимобразом, чтобы их надежность определялась одним доминирующим механизмом отказа.Геометрические размеры и другие характеристики элементов (фрагментов) тестовых структур должны соответствовать элементам СБИС.Как правило, на кристалле формируют несколько тестовых структур(элементов, фрагментов) со своими контактными площадками, необходимыми для контроля годности структур.Перед испытаниями тестовые структуры (кристаллы) помещают в корпуса, обеспечивающие удобство испытаний, измерений, и последующего32анализа отказов. Допускается использование корпусов, отличающихся от используемых для исследуемых СБИС при соблюдении единства способовкрепления кристалла и условий отвода тепла.

Для присоединения контактныхплощадок кристалла к траверсам корпуса рекомендуется использовать алюминиевую или медную проволоку [43].В процессе опытно-конструкторской работы (ОКР) допускается не испытывать отдельные типы тестовых структур, если имеются положительныерезультаты ранее проведенных испытаний аналогичных тестовых структурдля СБИС одинакового конструктивно-технологического исполнения с разрабатываемыми СБИС. При этом в отчете по ОКР приводится сопоставительная таблица конструкции элементов разрабатываемой СБИС и ранее испытанных элементов [44].Тестовые структуры могут подвергаться испытаниям аналогичныхСБИС, более жестких, чем при их работе в составе СБИС, в том числе и вфорсированном режиме.