Диссертация (1091051), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Дефекты такого рода характеризуютсясложностью поиска и определения физических механизмов отказов. Для болеекачественного анализа необходимы следующие данные о продукции:1.Поверка(показателипроизводственногопроцесса,условияхранения).2.Производственный учет (технологические параметры изготовленияпластин, процесс сборки, результаты приемного контроля, сведения оподобных отказах).3.Сведения об условия эксплуатации (термомеханические стрессы,температура, влажность).4.Детали отказа(деградация характеристик, сбои, количествоотказов)[93,95,97,98].Анализ отказов не завершится, прежде чем результат проведенногоисследования не сможет объяснить нештатный режим работы ИС. С65возрастающимкачествомпроизводстваполупроводниковыхизделийметодология анализа отказов усложняется в силу усложнения определенияфизических механизмов приводящих к сбою в работе ИС.
Дефекты коррозииверхних слоев металлизации, полости и трещины при корпусировании исоединительные дефекты проводов ввода/вывода встречаются уже довольноредко, а отказы, связанные с физическими эффектами в молекулярныхструктурах выходят на первый план. Основная методика анализа отказовсостоит из нескольких технологических операций (Рисунок 2.7) [93,95,97,98].Перечень оборудования и применяемых аналитических методик втехнологии анализа отказов постоянно растет.
Улучшаются характеристикианалитического оборудования, увеличивается разрешающая способностьприборов,совершенствуютсявизуальногоконтролянарядуиспользуютсканирующиеметодикисанализа.оптическимиэлектронныеТакдляпервичногомикроскопамимикроскопы,сактивновозрастающимколичеством встроенных детекторов (вторичных электронов, отраженныхэлектронов), сканирующие акустические микроскопы и рентгеноскопы.66Соответствующаяинформация о сбоях ИСПримеры отказовВыяснение обстоятельствотказаВизуальный осмотрУтечкаСнятие электрическиххарактеристик(классификация виданеисправности)Тесты на надежностьНеповторяющийсяОбрывВнутренний анализДекапсуляцияВнутрисхемный анализЛокализация точки отказаФизический анализ ИСОпределение механизмаотказаВвод коррекцииРисунок 2.7 – Методология анализа отказов [93,95,97,98]Для снятия электрофизических характеристик все чаще применяютнаноманипуляторы и тестирование электронным пучком.
Возросшее числоэлементов на единицу соединений металлизации затрудняет локализациюдефектов и вынуждает применять как тестирование с обратной стороны,эмиссионнымиметодамисвысокимвременнымразрешением,такиразрушающие методики анализа, такие как реактивное ионное травление,плазмохимическоетравлениепучком (Таблица 2.3).иустановкисфокусированнымионным67Таблица 2.3 – Основные методики анализа отказов [93,95,97,98]Этапы анализаМетодикаНазначениеНаружныйвизуальный осмотрСтерео микроскопияСканирующая электроннаямикроскопияВизуальный поиск дефектаОценкаэлектрическиххарактеристикФункциональное тестированиеОценка правильностифункционирования электрических цепейВнутреннийконтроль переддекапсуляциейДекапсуляция илокализация точкиотказаРентгеноскопияИнфракрасная микроскопияСканирующая акустическаямикроскопияРеактивное ионно плазменноетравлениеФокусированное ионное травление иосаждение из газовой фазыТестирование наноманипуляторамиТестирование электронным пучкомТестирование лазерным лучомЭмиссионная микроскопияТермоэмиссионная микроскопияПросвечивающая электроннаямикроскопияОже-микроскопияФизический анализРентгеновская фотоэлектроннаяспектроскопияВторичная ионная массспектроскопияСканирующая зондовая микроскопияЭлектронно-зондовый микроанализАнализ контактных соединений иконтактных площадокПослойное препарирование кристаллаИМС Изготовление контактныхплощадокОпределение обрыва внутреннейтрассировки соединенийОпределение утечки в пленке оксида ир-n переходе или короткого замыкания впроводахИсследование нарушений в структуреобразцаАнализ контаминации и примесей наповерхностиАнализ химических связейВысокочувствительный анализпримесейИсследование свойств поверхностиАнализ контаминации и поврежденийметаллизации, элементного составазаданной области2.2.
Анализ отказов ячеек flash-памятиОдну из ключевых ролей в современных ИС играет интегрированнаяполупроводниковая память. В зависимости от ее объёма, архитектуры и видапостроения ячейки во многом определяются функциональные характеристикивсего изделия. Если энергозависимая память служит в основном для увеличенияскорости обработки информации, то на долю энергонезависимой памятиприходится долгосрочное и надежное хранение данных.Под надежностью элемента хранения ПЗУ подразумевается способностьячейки памяти удерживать заряд на протяжении определенного промежутка68времени и сохранять свои выходные электрофизические характеристики послеконкретного числа циклов перезаписи.Ячейка flash-памяти хранит данные в виде заряда на плавающем затворе.Состояние ячейки памяти определяется значением тока протекающего от истока кстоку.
Ток стока зависит от порогового напряжения управляющего затвора,которое является аналоговой функцией заряда, сохраняемого на плавающемзатворе. Аналоговые характеристики преобразуются в периферийных цепях. Посути,flash–память–смешанноеаналогово-цифровоеустройство.Цепиуправления – цифровые, остальные схемы такие, как схемы с накачкой заряда,усилители считывания, генерирования напряжения, схемы регулирования –аналоговые. Утечка или переизбыток электронов на плавающем затворе можетпривести к потере данных. Средняя скорость потери заряда должна быть меньше1 электрона каждые 10 часов. Ни один другой элемент ИС так не чувствителен книзким уровням диэлектрической утечки (менее 10-23 А) [86,95,98].Фундаментально надежность ячейки памяти основывается на двуххарактеристиках:1.физическиеСрок службы – способность ячейки памяти сохранять своихарактеристикипослеопределенногоколичествацикловзаписи/стирания.2.Срок хранения – способность ячейки памяти сохранять заряд наопределенном промежутке времени.
Стандартным сроком хранения заряда наflash – памяти принято считать 10 лет [86].На степень надежности ячейки памяти оказывают влияние дефектыразличного рода. Каждый из дефектов вносит свой вклад в деградационныепроцессы, протекающие в ячейке памяти, что в итоге приводит к изменениямвыходных электрофизических характеристик элемента хранения.Ячейка памяти во время эксплуатации подвергается сильному воздействиюэлектрических полей, что приводит к усилению деградационных процессов.Внешние воздействия, в особенности тепловые и электрические нагрузки,ускоряют деградационные процессы и вызывают генерацию дефектов. В итоге все69эти процессы приводят к отказу ИС.Всвязисналичиеммножестванесистематизированныхфакторов,влияющих на надежность ячеек памяти, предложено ввести классификациюотказов flash-памяти по следующим критериям:1. Вид отказа.2.
Причина отказа.3. Механизм отказа.Важно подчеркнуть различие между видами и механизмами отказов. Видотказа – следствие, к которому привел отказ. Этим событием может быть,например, потеря усилительных свойств, короткое замыкание или обрыв.Механизм отказа – это комплекс физико-химических процессов ведущих к отказу.2.2.1 Виды отказов ячеек flash-памятиНеисправностьячеекпамятипроявляетсяввидеошибокприпрограммировании, чтении или стирании. Они могут носить временный илипостоянный характер. Наличие короткого замыкания в цепи так же можетявляться признаком отказа работы flash-памяти. Потеря усилительных свойствгенератором высокого напряжения приводит к ошибкам при перезаписи памяти.К видам отказов предложено отнести: ошибки при чтении, ошибки призаписи/стирании, снижение/повышение уровня напряжения и короткое замыкание(рисунок 2.8).Виды отказовОшибки причтенииОшибки призаписи/стиранииКороткоезамыканиеРисунок 2.8 – Виды отказов flash-памятиПонижение/усилениенапряжения70Одну из главных ролей в анализе надежности ячейки памяти на основехранения заряда играет определение вероятности наступления отказа.2.2.2 Вероятность отказа ячейки памятиСтепень надежности ячеек памяти изменяется на протяжении всего периодаэксплуатации.
На рисунке 2.9 представлена кривая интенсивности отказов ячейкипамяти на основе хранения заряда. Кривая делится на три области. Первыйинтервал представляет собой вероятность отказов в начальный периодэксплуатации. Второй интервал – это фактический срок службы. Третийинтервал – период износа ячейки. На первом этапе проявляются серьезныедефекты при производстве (такие как дефекты оксида, ионная контаминация ипр.).Рисунок 2.9 – Кривая интенсивности отказов при эксплуатации ячейки памятиВремя наработки на отказработы.Являетсяизмеряется количеством часов безотказнойстохастическойвеличиной,позволяющейоценитьзакономерность развития деградационных процессов. Частота вероятностивозникновения отказов на определенном временном промежутке вычисляется поформуле:(2.6)Функция распределения вероятности безотказной работывероятности отказаи функцияимеют вид:(2.7)(2.8)71Система в совокупности обычно характеризуется частотой отказов.Условной вероятности отказа устройства на промежутке времени отдосоответствует число отказов за единицу времени.
Широко распространеннойединицейизмерениястепенинадежностиявляетсяотказвовремени,представляющий собой отношение процента отказов к одной тысячи часовнаработки (%/ч), или миллионная доля на тысячу часов наработки.(2.9)Все четыре функциисвязаны между собой формулами(Таблица 2.4) [86,89,90,101,102].Таблица 2.4 – Взаимозависимость функций∫∫∫∫∫∫2.2.3 Измерение электрофизических характеристик ячеек памятиИзмерение электрофизических характеристик различных участков цепипозволяет определить вид отказа. Последующий анализ определенного участкацепи, на котором выявлены изменения электрофизических характеристик,позволяет определить причины, повлекшие за собой отказ ИС.При контроле сбоев в ячейках памяти критичным режимом может являтьсякак пониженное, так и повышенное напряжение питания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
