Диссертация (Методы ускоренных испытаний сверхбольших интегральных микросхем на надежность), страница 9

Испытания проводят не менее чем при трех значениях температур(65, 125, 150 ºС для одной выборки).По результатам этих испытаний определяется Еа.Эти значения Еа используются при разработке методик ускоренных испытаний для оценки наработки до отказа.В последнее время были потребности в увеличении наработки до отказав 1,5 – 2 раза.Так как в [1] предусмотрено ограничение значения температуры 150ºС,то испытания проводятся при температурах не выше 150ºС.61ВЫВОДЫРассмотрены возможные виды и причины отказов СБИС по кристаллу,фотолитографическим процессам, диффузии, ионной имплантации, металлизации и контактам, пассивации, соединению кристалл-вывод, креплениюкристалла к корпусу, герметизации, примесным эффектам и перенапряжению.Рассмотрены методики определения значения энергии активации: по накопленным данным; на основе параллельных испытаний выборок в различных условиях; по результатам испытаний со ступенчато возрастающей нагрузкой; по результатам ЭТТ при случайно возрастающей нагрузке.Определение значения энергии активации целесообразно определятьпутем проведения параллельных испытаний выборок в различных режимах споследующей обработкой результатов испытаний.Уточнены методы проведения ускоренных и экспериментальных испытаний в части планов контроля и режимов испытаний для микросхем с проектными нормами 0,6–0,13 мкм и менее.62ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ3ИССЛЕДОВАНИЯПООПРЕДЕЛЕНИЮ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ3.1 Методика проведения форсированных ступенчатых испытанийсверхбольших интегральных схемТребования к статистическому обеспечению испытаний – планы контроля в соответствии с требованиями общих технических условий.

Требования к режимам теплового форсирования испытаний – граничная температуране должна превышать 150 °С. Требования к продолжительности испытаний ичислу ступеней – общее время испытаний каждой выборки СБИС – не менее2000 час; продолжительность испытаний по ступеням теплового форсирования выбирается из ряда: 500 – 1000 – 2000 час. Требования к тестированию впроцессе испытаний – контрольное тестирование с подготовкой распечатокрезультатов и определением параметров функций распределений значенийэлектрических параметров.Для проведения испытаний были отобраны СБИС, выполненные по разным технологиям, перечень СБИС, технологии изготовления и функциональное назначение приведены в таблице 3.1.Таблица 3.1 – Технологии изготовления и функциональное назначениеСБИСТипономиналТехнология изготовления (проектные нормы)1645РУ2Т(XI10)КМОП-КНИ-1,0 мкм1886ВЕ1У(XC06)КМОП-0,6 мкм5559ИН14У(XT06)КМОП-КНИ-0,6 мкм1645РУ1У(XH035)КМОП-0,35 мкмФункциональное назначениеМикросхема статического оперативно запоминающего устройстваМикросхема однокристальной микро-ЭВМ сЭСППЗУ (Flash-типа)Микросхема приёмо-передатчика CANинтерфейсаМикросхема оперативно запоминающегоустройства статического типа емкостью 1Мбит (128К * 8) бит63Продолжение таблицы 3.11636РР1У(EF250G)КМОП-0,25 мкм5559ИН19У(XC018)КМОП-0,18 мкмМикросхема электрически стираемого иперепрограммируемого постоянного запоминающего устройства Flash-типаМикросхема двухканального LVDS приемопередатчикПроведение испытаний на выборках 10-30 шт.

в режимах 100ºС/12278ч;105ºС/10373ч; 126ºС/4306ч; 130ºС/704ч; 135ºС/496ч; 150ºС/303ч не выявилоотказов при их фиксировании по нормам технических условий. Для получения отказов необходимо ужесточить как режимы наработки, так и нормыфиксации отказов.Для испытаний отобраны по 60 шт. СБИС каждого из 6 типов.Для определения энергии активации на основе параллельных испытанийвыборок в различных режимах сформированы по 3 выборки каждого типономинала по 20 штук СБИС.I группа выборок после их индексации и фиксации результатов измерений параметров каждой СБИС в нормальных условиях по программе контроля в соответствии с ТУ ставится на испытания в предельно-допустимомрежиме (максимально-допустимые напряжение питания и токи нагрузки посхеме включения в соответствии с ТУ) при Т1исп.=130ºС. II группа выборокпри Т2исп.=140ºС. III группа выборок - Т3исп.=150ºС .

Значения температурыокружающей среды при испытаниях различных типономиналов и выборокСБИС представлены в таблице 3.2.Таблица 3.2 - Значения температуры окружающей среды при испытаниях различных типономиналов и выборок СБИСТипономиналТУВыборка1Выборка2Выборка3N1Т1исп.N2Т2исп.N3Т3исп.1645РУ2ТАЕЯР.431.220.576ТУ2013020140201501886ВЕ1УАЕЯР.431.200.459-01ТУ20130201402015064Продолжение таблицы 3.25559ИН14УАЕЯР.431.230.652ТУ2013020140201501645РУ1УАЕЯР.431.220.553ТУ2013020140201501636РР1УАЕЯР.431.210.647ТУ2013020140201505559ИН19УАЕЯР.431.230.740ТУ201302014020150Каждые 500 часов проводятся измерения и фиксация результатов измерений параметров каждой СБИС в нормальных условиях по той же программе контроля, какая применялась при первоначальных измерениях.Норма R на дрейф параметра Х после очередных испытаний установленапо формуле 3.1.R  D2;1  3 2;1  2 p ,(3.1)где D2;1  X t 2  X t1 - разность между средними значениями параметра Хдо (t1) и после (t2) очередных испытаний; 2;1   2 t1   2 t 2 , здесь  t1 и  t 2 среднеквадратические отклоне-ния параметра до и после очередных испытаний;р – константа, учитывающая разрешающую способность и погрешностьизмерений.Если для каждого i-го значения параметра Х выполнено условиеXi t1  Xi t 2  R , то СБИС считается соответствующей заданным требованиямк дрейфу параметра Х.СБИС, у которых имеются параметры, не соответствующие условиюXi t1  Xi t 2  R , остаются в выборке для анализа очередных результатов из-мерений до выхода значения параметра за нормы ТУ [74].653.2 Результаты испытаний сверхбольших интегральных схем3.2.1 Анализ деградации электрических параметров сверхбольшихинтегральных схем в процессе испытанийРезультаты контроля СБИС в процессе испытаний и причины отказовпредставлены в таблице 3.3.66Таблица 3.3 – Анализ СБИС, забракованных по "ужесточенным" нормам в процессе наработки№п/пТип микросхемыНомер микросхемы(Тн,⁰C)Времянаработки,чПараметрЗначениепараметраНормаТУСоответствиеТУЗначениедрейфа11645РУ1У46 (150)720,960Iil, Iih90-120 нА200 нА+70-110 нА2,15559ИН19У57 (150)240-3360Iil, Iih30-40 мкА10 мкА-30-40 мкА2,25559ИН19У56 (150)480-3120Iozh0,7-0,8мкА0,2(после 3120ч+)0,8 мкАПодвижный зарядПодвижный зарядПодвижный заряд3,11645РУ2Т1 (130)2880Uol0,363 В0,4 В+0,177 ВОснастка3,21645РУ2Т2(130)2880Icc30,2 мА100 мА+36 мАОснастка45559ИН14У8(130)2400Ii_stby0,88 нА10000нА+87 нАОснасткаВероятнаяпричина отказа6667Отрицательные результаты контроля фиксировались по ужесточеннымнормам.Среднестатистическая оценка дрейфа параметров сверхбольших интегральных схем в процессе наработкиНа рисунках 3.1-3.4 представлены результаты оценки дрейфа параметров СБИС в процессе наработки в сравнении со средним значением по выборке СБИС, наработка которых производилась при минимальной температуре (+130⁰С).Введем следующие обозначения:– i-номер параметра в соответствии с программой контроля (ПК);– j-порядковый номер цикла измерений (наработки): 0-начальные измерения, 1-после 240 часов, 2-после 480 часов и т.д.;– k- номер микросхемы в выборке;– A,B,C- обозначение температуры, при которой осуществлялась наработка (А-130⁰С, B-140⁰С, C-150⁰С);– NA, NB, NC - конечные порядковые номера СБИС в разнотемпературныхвыборках (20, 40, 60);– pkij- значение i-го параметра k-ой СБИС после j-ой наработки.Тогда среднее значение i-го параметра в выборке после j-ой наработкипри температуре А будет определяться по формуле 3.2;NApkijk 1NAPAij  (3.2),cреднеквадратичное отклонение i-го параметра в выборке после j-ойнаработки при температуре А по формуле 3.3. Aij 12pkiij  PAij NA(3.3)Введем нормированную оценку i-го параметра k-ой СБИС после j-ойнаработки, которая определяется по формуле 3.4.68~pkij pkij(3.4)PAij  3 AijТогда дрейф i-го параметра k-ой СБИС после j-ой наработки будет определяться по формуле 3.5. kj  ~pkij  ~pki 0 ,(3.5)где pki0 - нормированное значение i-го параметра k-ой СБИС перед постановкой на наработку.Среднее значение  kj (представленное в формуле 3.6) по всем измеряемым параметрам СБИС (M) даст интегральную оценку дрейфа параметровСБИС после j-ой наработкиM ~ kj   kj ,i 1 M~(3.6)~~А среднее по выборкам A, B, C (  Aj ,  Bj ,  Cj ) позволит количественнооценить коэффициенты пропорциональности дрейфа параметров [44, 75, 76,77].~На рисунках 3.1-3.4 представлены графики  kj по каждой СБИС и накаждом этапе измерений.~~~На рисунках 3.1-3.4 построены зависимости параметров  Aj ,  Bj ,  Cj отвремени наработки и их линейная аппроксимация стандартными методамипакета Excel.Как видно из расчета погрешности, достоверных результатов различий вкоэффициентах пропорциональности на выборках А, В, С на данном этапенаработки не наблюдается.На рисунках 3.5-3.8 представлены графики изменения параметров (потоку) по СБИС из главы 1 (1635РУ3АУ, 5576ХС2Т, 1654РД2Т, АДЕ-Вега) ина каждом этапе измерений.69Сравниваемые периоды наработки, чРисунок 3.1.

Зависимости параметров от времени наработки и их линейнаяаппроксимация для СБИС типа 1645РУ2ТСравниваемые периоды наработки, чРисунок 3.2. Зависимости параметров от времени наработки и их линейнаяаппроксимация для СБИС типа 1645РУ1У70Сравниваемые периоды наработки, чРисунок 3.3. Зависимости параметров от времени наработки и их линейнаяаппроксимация для СБИС типа 1636РР1УРисунок 3.4.

Зависимости параметров от времени наработки и их линейнаяаппроксимация для СБИС типа 5559ИН19У711635РУ3АУСредний дрейф параметров на выборке при Т=125050010001500200025003000350040000Средний дрейф параметров(по току, мкА)-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6Время испытаний, чизменение (по току)Линейная (изменение (по току) )Рисунок 3.5. Зависимости параметров от времени наработки и их линейнаяаппроксимация для СБИС типа 1635РУ3АУ5576ХС2ТСредний дрейф параметров на выборке при Т=125050010001500200025003000350040000,25Средний дрейф параметров(по току, мкА)0,20,150,10,050-0,05-0,1Время испытаний, чизменение (по току)Линейная (изменение (по току))Рисунок 3.6.

Зависимости параметров от времени наработки и их линейнаяаппроксимация для СБИС типа 5576ХС2Т721654РД2ТСредний дрейф параметров на выборке при Т=12505001000150020002500300035000,006Средний дрейф параметров(по току, мкА)0,0050,0040,0030,0020,0010-0,001Время испытаний, чизменение (по току)Линейная (изменение (по току))Рисунок 3.7. Зависимости параметров от времени наработки и их линейнаяаппроксимация для СБИС типа 1654РД2ТАДЕ-ВегаСредний дрейф параметров на выборке при Т=12505001000150020002500300035000,1Средний дрейф параметров(по току, мкА)0,050-0,05-0,1-0,15-0,2Время испытаний, чизменение (по току)Линейная (изменение (по току))Рисунок 3.8. Зависимости параметров от времени наработки и их линейнаяаппроксимация для СБИС типа АДЕ-Вега733.2.2Определениеэнергийактивациисверхбольших интегральных схеммеханизмовотказовРасчет энергии активации на основании отказов сверхбольшихинтегральных схем.Обобщенные результаты контроля микросхем в процессе испытаний ианализ причин отказов представлены в таблице 3.4.Таблица 3.4 – Анализ СБИС, забракованных по "ужесточенным" нормам в процессе наработки с воспроизводимымии подтвержденными при последующей наработке отказами№п/пТип микросхемыНомер микросхемы(Тн,⁰C)Времянаработки, чПараметрЗначениепараметра11645РУ2Т-------25559ИН14У-------31645РУ1У46 (150)720,960Iil, Iih90-120 нА200нА70-110нАПодвижный заряд4,11636РР1У45(150)4080не-ФК,Uol,катастр.--Разрушение структурыхранения плав.