Диссертация (Методы ускоренных испытаний сверхбольших интегральных микросхем на надежность), страница 6

1.Допустимый процент дефектных СБИС за установленное время ЭТТ ( t Э )определяют по формуле 1.36.qмаксИУСТ t И tЭ КУ , 1001  exp  tttЭЭИ(1.36)где ИУСТ - заданное в НД значение интенсивности отказов, которое необходимо подтверждать контрольными испытаниями в течение времени t И ;КУ- коэффициент ускорения, учитывающий различия в режимах прове-дения ЭТТ и контрольных испытаний.Если процент дефектных СБИС в партии, прошедшей ЭТТ в течениеустановленного времени t Э , превысит допустимое значение, то следует провести дополнительную ЭТТ этой партии в течение не менее 96 ч. По результатам первичной и дополнительной ЭТТ проводят уточнение коэффициента(  ) для данной партии СБИС по пп. 1.2, 1.3 и допустимого процента дефектных за суммарное время ЭТТ по формуле 1.36.40ВЫВОДЫАнализ и обобщение результатов испытаний показывает, что при испытаниях 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 ТУ.Материалы испытаний на безотказность, наработку до отказа и электротермотренировку СБИС, выпускаемых ведущими предприятиями свидетельствует о том, что после проведения ускоренных испытаний имеет место изменение параметров (деградация).Для определяющего фактора ускоренных испытаний на наработку доотказа следует определить повышенную температуру.Рассмотрены возможные методы ускоренных испытаний сверхбольшихинтегральных схем.Наиболее приемлемым методом ускоренных испытаний на наработку доотказа целесообразно принять «Оценку надежности методом испытаний приповышенной температуре».412ВИДЫИПРИЧИНЫОТКАЗОВСВЕРХБОЛЬШИХИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ.

МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ2.1 Виды и причины отказов сверхбольших интегральных схемУскоренные испытания на безотказность и наработку до отказа предусматривают форсирование режимов, приводящих к интенсификации физикохимических процессов без изменения основных механизмов отказов [43, 56,57, 58].Так как для повышения надежности работы микросхем в аппаратуреприменяют обеспечение электрических режимов, то коэффициент нагрузкирекомендуется использовать не более 0,7 [2].Многолетний опыт применения положений [2] при разработке методикускоренных испытаний на безотказность и наработку до отказа показывает,что для микросхем с проектными нормами 1,2 мкм и более в которых используется напряжение питания значительно выше (5 В и более), коэффициент ускорения при форсировании напряжением и током не используется всилу малых значений, примерно 1,5, а для микросхем с проектными нормами0,6-0,13 мкм (до 1 В) он еще меньше.Ускоряющим фактором для большинства механизмов отказов СБИС является повышенная температура.Режим не должен выходить за границы области допустимого форсирования.

Эта область характеризует предельно - допустимый режим, при котором не возникает новых механизмов отказов и дефектов, не происходит необратимой потери работоспособности.Для установления того, что при форсировании режима не возникает новых механизмов отказов целесообразно воспользоваться данными анализа иобобщения результатов испытаний на безотказность и наработку до отказа.42Следует отметить, что уменьшение проектных норм, увеличение функциональной сложности микросхем существенно влияет на распределение типов отказов микросхем. Уменьшение геометрических размеров делает необходимым уменьшение напряжений, толщин слоя окисла и металлическогослоя, глубины имплантации и увеличение легирования.

Это способствуетвозникновению различных отказов: кристаллографические дефекты, пробойокисла затвора, электроперенос металлизации, «программные ошибки» динамических запоминающих микросхем с произвольным доступом, вызванные альфа-частицами.Условия для проведения испытаний должны быть такими, чтобы они невызвали повреждений бездефектных элементов.При анализе и обобщении материалов испытаний СБИС целесообразноиспользовать результаты испытаний на безотказность, ускоренных испытаний по подтверждению наработки до отказа (испытания на наработку до отказа) и электротермотренировку.

При этом отказы из-за грубых производственных дефектов, ошибок операторов, нарушений работы испытательногооборудования и измерительных приборов не учитывают.За последнее десятилетие технология микроэлектроники сделала определенный шаг от средней степени интеграции к большим интегральным схемам (БИС), а в настоящее время происходит следующий шаг от БИС к СБИС.Меньшая отдельная стоимость, приходящаяся на один вентильный логический элемент, меньшее рассеяние мощности являются главными движущими силами повышения уровня интеграции.Поэтому разработчики проектируют БИС и СБИС насколько это возможно.Однако введение БИС и СБИС представляют не только техническиепреимущества, но и приводят к проблемам, особенно в части надежности.Требования по надежности СБИС постоянно возрастают.

Отказы СБИСмогут возникать во время обработки, электрического тестирования испытаний, транспортировки, хранении, а также при применении [59, 60, 61].43Чтобы получить достоверную информацию о надежности СБИС, особоевнимание должно быть уделено физике отказов.Отказы СБИС в большинстве случаев связаны с отказами элементовсхем, а индивидуальное испытание надежности этих элементов практическиневозможно [10, 11, 12, 43].Типы отказов можно разделить на отказы: связанные с кристаллом; в выводах и соединениях; связанные с герметизацией; вызываемые внешними эффектами и перенапряжениями [62, 63, 64,65].Все отказы прежде всего связаны с материалами, технологическимиусловиями и операциями [43].КристаллВ результате чрезмерного напряжения, возникающего во время операций соединения, могут появиться трещины в контактных площадках, которые могут сочетаться с дефектами в окисле или объеме кремния.Трещины, проходящие через активные области элементов, возникаютпри распространении трещин, вызванных разметкой, или непосредственноиз-за несовпадения коэффициентов термического расширения для материалакристалла и корпуса.

Эти трещины приводят к возникновению путей утечкитока, обладающих низким сопротивлением.Кристаллографические дефекты в подложке (дислокации, дефекты вкристалле или другие виды кислородных выделившихся фаз) могут привезтик чрезмерным токам утечки биполярных элементов и элементов с МОПструктурой. При переходе от БИС к СБИС число элементов существенновозрастает, а это приводит к увеличению объема пространственного заряда вобласти соединений элементов [32, 66, 67].44Кристаллографические дефекты в подложке также могут вызвать функциональные повреждения динамических запоминающих элементов с МОПструктурой и приборов с «зарядной связью».Тепловые доноры могут изменить удельное сопротивление кремния вовремя обработки, которое в свою очередь сдвинет пороговое напряжениеМОП-транзисторов и повлияет на токи возбуждения.Роль неоднородностей в отказах элементов неполностью понятна, ноони непосредственно вносят свой вклад в понижение производственного выпуска элементов и способствует процессу возникновения дефектов, что приводит к более высокой вероятности отказов.Фотолитографические процессыПроколы в фоторезисте и инородные частицы поверхности фоторезистамогут вызвать короткие замыкания.Различные типы дефектов шаблона фоторезиста ведут к уменьшениюпроизводственного выпуска и надежности элементов.Недостаточно толстый фоторезист трескается под действием напряжения после выжигания.Плохое прилипание фоторезиста приводит к подрезанию окисла во время травления.Смещение маски может изменить вольт-амперные характеристики.Повреждения маски (плохая четкость, царапины, инородные частицы наповерхности и т.д.) вызывают нежелательное удаление окисла или металлизации.Неполное удаление фоторезиста в областях окон до травления можетвызвать появление неполных областей диффузии.Жесткое травление вызывает подрезание окисла и металлизации.Плохое травление окисла в контактных областях приводит к неполноценному контакту или к его отсутствию.45ДиффузияДиффузионные пики возникают как результат усиленной диффузии изза присутствия кристаллографических дефектов.

Обратные токи утечки вдиффузионных пиках вызывают техническое разрушение р-n - переходов.Неполные области диффузии из-за плохого травления и удаления фоторезиста.Расширенные области диффузии, которые возникают из подрезки окиславызывают более низкие пробивные напряжения р-n – переходов.Диффузией примесей могут быть созданы два вида дислокаций: дислокации индуцированные диффузией и краевые эмиттерные дислокации. Этидислокации вызывают генерации и появления локализированных пробоевтуннельного перехода, уменьшение усиления по току транзисторов, короткиезамыкания из-за усиленной диффузии в дислокациях, увеличение низкочастотного шума.Многочисленные металлические примеси (такие как золото, железо,медь и т.д.), которые возникают в системе диффузии или источниках легирования, могут быть введены в кремний во время обработки прибора, а во время циклов охлаждения они формируют осадки.

Металлические осадки вызывают почти такие же нежелательные эффекты для характеристик приборов,как и дислокации. Так как металлические примеси имеют тенденцию накапливаться вблизи дислокаций, то их одновременное действие особенно опасно.Ионная имплантацияДислокации, индуцированные ионной имплантацией, могут появитьсявнутри имплантированных областей и вокруг этих областей. Краевые эмиттерные дислокации могут появиться во время имплантации. Влияние дислокаций, индуцированных ионной имплантацией, на характеристики приборовявляется почти таким же, как в случае дислокаций, вызванных диффузией.46Нарушения упаковки в кристалле могут возникнуть во время ионнойимплантации.

Влияние нарушений упаковки на характеристики приборов такие же, что приводились в разделе Кристалл (кристаллографические дефектыв подложке).Металлические примеси осаждаются вокруг нарушений упаковки и ихсовместное влияние на характеристики приборов особенно опасно.Трещины в окисле могут привезти к нежелательным диффузионным областям и металлизированным коротким замыканиям в активных областяхэлементов.Проколы из-за дефектов фоторезиста вызывают короткие замыкания.Пробой, зависящий от времени работы.