Диссертация (Методы ускоренных испытаний сверхбольших интегральных микросхем на надежность), страница 7

Может возникнуть при слабостях в слое окисла, которые повлияют либо на этапах травления, либо из-занеравномерного роста окисла. Техническое разрушение является результатомнагревания окисла из-за токов, протекающих через поры окисла.Подрезание окисла из-за плохого управления травлением и плохогоприлипания фоторезиста вызывает расширенные области диффузии послеподрезания окисла.Диэлектрические дефекты затвора вызывают отказы.«Постоянные» положительные заряды в окисле вблизи с поверхностьюраздела кремний-окисел влияют на характеристики биполярных элементов иэлементов МОП-структуры.Нейтральные ловушки на поверхности раздела кремний-окисел такжевлияют на характеристики биполярных элементов и элементов МОПструктуры.

Происходит увеличение низкочастотного шума.Подвижные щелочные ионы (Na+, Li+, K+, Cs+ и т.д.) представляют основную причину сдвига в характеристиках элемента, зависящего от времени(т.е. неустойчивостей).Смещение маски окисла затвора приводит в результате к тому, что область толстого полевого окисла между источником и стоком покрывается металлом затвора.47Кроме дрейфа щелочных ионов в объеме окисла, оказывается возможным распространение заряда в поперечном направлении от смещения металлических проводников.Захват активных тепловых электронов в окисле затвора, уменьшенныхэлементов МОП-структуры из-за изменений в обработке.

Динамические запоминающие устройства с произвольным выбором и с высокими чрезмерными напряжениями и схемами усиленного типа оказываются более подвержены риску от влияния неактивных тепловых электронов.Сдвиги в пороговом напряжении преднамеренно используются как средство запоминания в основных типах программируемых постоянных запоминающих устройств.

Сохранение данных подвергается изменению, когда создаются нежелательные сдвиги пороговых напряжений при потере заряда.Напряжение в окисле и подложке может вызвать создание краевыхэмиттерных дислокаций и, иногда, трещины окисла.Металлизация и контактыУменьшение или увеличение поперечного сечения из-за дефектов маски,излишнее травление и плохое травление.Уменьшение поперечного сечения из-за острых ступенек окисла и царапин.Трещины в металлизации могут привезти к размыканию цепи.Толстая металлизация дает большое внутреннее напряжение и как следствие этого потерю прилипания к окислу.Во время работы при повышенных температурах происходит реакциямежду алюминием и остаточным окислом в контактных площадках. Это может привезти к высокому сопротивлению контакта, к размыканию цепи.Остаточный окисел в контактных площадках из-за недостаточного травления является причиной плохого омического контакта (высокое сопротивление контакта) или отсутствия омического контакта.48Формирование бугорков в металлизации возникает в отдельных областях за счет снятия напряжения.

Это явление усиливает эффекты электропереноса.Подрезание металлизации во время травления создает выступ, которыйможет отделиться и действовать как металлическое закорачивание.Реакция между металлизацией и окислом приводит к образованию пустот в металлизации.Влажность может быть причиной коррозии и/или окисления металлизации. Наличие щелочных ионов усиливает коррозию металлизации.ПассивацияТрещины в слое пассивации возникают из-за несовпадения коэффициентов термического расширения между слоем пассивации и окислом или металлом. Это может привести к проникновению щелочных ионов через слойпассивации к границе раздела между слоем пассивации и окислом или в окисел.

Эффекты этого явления такие же как в подвижных щелочных ионах.Кроме того, может произойти коррозия и/или окисление металлизации.Наличие фосфора в слое пассивации окисла помогает устранить термическое напряжение. Однако чрезмерное количество фосфора внутри слояпассивации окисла (больше 5%) может привезти к дополнительным отказамэлементов.Плохое прилипание слоя пассивации усиливает миграцию металлизациипод действием электрического напряжения и термической нагрузки при пассивации.Соединение кристалл-выводЧрезмерно гибкий вывод может создавать короткие замыкания междуалюминиевыми полосками.Короткие замыкания между выводом и кристаллом могут вызыватьсяследующими факторами, относящимися к проектированию, и недостатками в49качестве работы: контактная площадка расположена слишком близко к краюкристалла; использование выводов, прикрепляемых с помощью ультразвука вполости глубокого профиля, дает в результате отклонения выводов на оченьмалый угол от контактной площадки; соединения, смещенные к краю кристалла настолько, что место соединения расположено почти в области разметки.В случае загрязненного золота (углеродом) происходят различные типыдефектов такие, как углеродные вкрапления, области углеродных образований и адсорбированные углеродные поверхностные пленки, которые могутобразоваться во время работы соединения.Миграция кремния в проводники соединения (обычно алюминиевые)увеличивает электрическое сопротивление и вызывает повышение хрупкости.Крепление кристалла к корпусуРазориентировка кристалла приводит к неправильному расположениюсоединений кристалла с корпусом.Плохой монтаж кристалла к ножке корпуса приводит к плохому контакту или к отсутствию контакта.Утрата прилипания вызывает катастрофические разрушения из-за потери термической целостности и разрушений от вибрационной усталости выводов кристалла.

Это также может привезти к коротким замыканиям междувыводом и корпусом.ГерметизацияПлохая герметичность корпуса позволяет влаге проникать на кристалл,вызывая коррозию и/или окисление металлизации. Влага может также образоваться из герметизирующего материала в случае пластмассового корпуса.Плохая герметичность корпуса позволяет ионам щелочных металлов(таким как Na+, Li+, K+, Cs+ и т.д.) проникать внутрь корпуса.

Эти ионы в50комбинации с влажностью могут привезти к образованию проводящих путейи распространению заряда.Плохая герметичность позволяет металлическим примесям проникатьвнутрь корпуса. При увеличенных температурах это может привезти к усиленному образованию интерметаллических продуктов.Различное термическое расширение кристалла и корпуса вызывает разрушение металлизации, в то время как различное термическое расширениевыводов и корпуса вызывает разрушение соединений [68, 69, 70, 71].Примесные эффекты и перенапряженияПлохо очищенный кристалл после разметки содержит заряженные частицы пыли на поверхности.

В случае неправильной пассивации заряженныечастицы проникают на поверхность раздела окисел-слой пассивации, вызывая тем самым локальную инверсию или истощение в нежелательных областях подложки.Ухудшение эмиттерного перехода в биполярных интегральных схемахпроисходит из-за накопления заряда на платах печатных схем. Ухудшениепроисходит в транзисторах с базами, чьи выводы подсоединены непосредственно к внешнему окружению. Особенно часто это случается, когда выводобладает высокими распределительными индуктивностями и емкостями напечатной плате схемы.Электрическое перенапряжение или электростатический заряд в элементах МОП-структуры может привезти к пробою окисла затвора, что ведет ккоротким замыканиям через окисел затвора и, следовательно, к отказам элементов.

Этих отказов можно избежать при правильном обращении и применяя схемы защиты на входных штырьках.Постоянное повреждение эмиттерного перехода входных транзисторовили диода защиты входа в биполярных элементах может вызвать либо болеевысокие импульсы энергии из-за переходных процессов, либо электростатический разряд, что является причиной лавинообразного разряда. Эти импуль-51сы вызывают очень малые, локализированные точки нагрева, расплавляемыеи снова затвердевающие на поверхности раздела кремний-окисел, тем самымсоздавая места рекомбинации-генерации.

Кроме того, импульсы энергии изза переходных процессов или электростатического разряда могут вызыватькороткие замыкания эмиттерного перехода входных и входных транзисторовв биполярных элементах.Повышенное рабочее электрическое напряжение может активизироватьразличные паразитные элементы.2.2 Методы проведения испытаний для определения энергии активацииСуществующие методы испытаний на безотказность и наработку до отказа разработаны применительно к микросхемам с проектными нормами 2, 3и более мкм. За последние годы в разработке и производстве находятся микросхемы с размерами элементов 0,6−0,13 мкм и менее. С уменьшением проектных норм ужесточены требования к основным материалам для изготовления микросхем.При этом изменяется и конструктивно-технологическое исполнениемикросхем.

Переход к проектным нормам 0,6−0,13 мкм и менее сопровождается уменьшением напряжений, толщин слоев окисла и легирования, а такжедиффузионной глубины и возрастаний легирования. Все это влияет на физико-химические процессы, характеристики микросхем, механизмы отказов и, вконечном счете, на энергию активации. Необходимо проведение исследований по определению энергии активации, механизмов отказов микросхем приразличных температурах, являющейся основной характеристикой при проведении ускоренных испытаний.Работа должна базироваться на широком экспериментальном исследовании для определения энергии активации, механизмов отказов, изучения физики и характера отказов.52При этом возможны варианты: определение значения энергии активации по накопленным данным; определение значения энергии активации на основе параллельных испытаний выборок в различных условиях; определение значения энергии активации по результатам испытанийсо ступенчато возрастающей нагрузкой; определение значения энергии активации по результатам ЭТТ прислучайно возрастающей нагрузке.Кроме того, возможно проведение исследований по: определению коэффициента ускорения отказов микросхем с учетомнескольких механизмов отказов; определение констант ускорения n и α в моделях коэффициента ускорения от тока и напряжения.Рассмотрим перечисленные варианты для практического применения.2.2.1 Определение значения энергии активации по накопленным даннымЗначение энергии активации возможно определить по накопленнымданным результатов испытаний в различных режимах [2].Период обобщения результатов испытаний в пределах 5 последних лет.Для расчета энергии активации используют результаты испытаний в режиме испытаний на безотказность и в более жестких режимах.