Введение к работе
Актуальность темы.
В последние 30 лет к воздействию статического электричества на полупроводниковые изделия (диоды, транзисторы, интегральные схемы) проявляется повышенный интерес. Это связано со снижением их качества и надежности под воздействием электростатических разрядов (ЭСР). Разряды статического электричества способны вывести из строя не только отдельные полупроводниковые изделия (ППИ), но и целые блоки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
В создавшейся ситуации возникла необходимость разработки эффективных мер защиты РЭА и ППИ от повреждения и помех при воздействии ЭСР. В литературе описываются различные способы защиты ППИ от ЭСР, начиная от подавления электростатических зарядов (ЭСЗ) и заканчивая увеличением стойкости аппаратуры и ее комплектующих к воздействию ЭСР за счет внешнего и внутреннего конструктивного решения.
Особую опасность ЭСР представляют для больших интегральных схем (БИС). Дальнейшее повышение сложности и степени интеграции, а, следовательно, и уменьшение минимальных размеров элементов приводят к большей чувствительности полупроводниковых интегральных схем (ИС) к воздействию ЭСР. Поэтому кроме применения внешних защитных мероприятий за последние годы разработаны методы встроенной (внутренней) защиты ИС.
Несмотря на все принимаемые меры, отрицательное воздействие ЭСР на ППИ остается проблемой.
Воздействие ЭСР приводит к повреждениям ППИ двух типов: катастрофическим и скрытым (или параметрическим).
Известно, что воздействие радиации на ИЭТ вызывает такие же типы повреждений. Но для параметрических радиационных дефектов характерно явление отжига, заключающееся в том, что после облучения у ППИ с течением времени в нормальных условиях или при повышенной температуре происходит частичное или полное восстановление электрических параметров.
В отечественной и зарубежной литературе до 1995 года не было сообщений о наличии явления отжига электростатических дефектов. И только в 1995 году появилось сообщение профессора Горлова М.И. с сотрудниками кафедры полупроводниковой электроники ВГТУ об обнаруженном явлении отжига электростатических дефектов.
Это явление дает возможность восстанавливать значения электрических параметров и надежность ППИ после воздействия ЭСР. Поэтому детальное исследование явления отжига электростатических дефектов весьма актуально для обеспечения необходимого уровня надежности ППИ.
Работа выполнена по теме ГБ 2001-34 «Изучение технологических и физических процессов в полупроводниковых структурах и прибс
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ \ БИБЛИОТЕКА СПегервурГ Ч. Г 1
Цель работы.
Экспериментально подтвердить явление отжига электростатических дефектов у кремниевых биполярных изделий различных типов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
на основе обзора литературы сравнить виды дефектов биполярных ППИ, возникающих при воздействии радиации и ЭСР, приводящие к параметрическим отказам;
изучить процесс отжига электрических параметров кремниевых биполярных ИС, подвергшихся воздействию ЭСР;
исследовать влияние циклических воздействий «ЭСР-отжиг» на параметры кремниевых биполярных транзисторов;
сравнить кинетику отжига электростатических дефектов р-п-р- и п-р-п-транзисторов;
разработать методику проведения выборочного контроля надежности транзисторов в партии на основе исследования циклических воздействий типа «ЭСР-отжиг».
Научная новизна.
В работе получены следующие новые научные и технические результаты.
-
Экспериментально подтверждено наличие у ППИ отжига электростатических дефектов различных видов: медленный (длительный или «временной») при нормальных условиях, термический и отжиг в режиме электротермо-тренировки.
-
Определена энергия активации отжига электростатических дефектов для маломощных транзисторов п-р-п и р-п-р типов. Полученные значения энергии активации отжига электростатических дефектов (0,3...0,5 эВ) соответствуют значениям энергии активации при нарушениях структуры оксида кремния.
-
Разработан способ разделения транзисторов по стабильности обратных токов.
-
Разработан способ выборочного контроля надежности транзисторов в партии.
Основные положения и результаты работы, выносимые на защиту.
-
Полупроводниковые изделия, имеющие параметрические отказы, возникшие под воздействием ЭСР, полностью или частично восстанавливают свои электрические параметры в результате воздействия режима электротермотре-нировки, длительного хранения в нормальных условиях и после выдержки при повышенной температуре, то есть в результате отжига электростатических дефектов.
-
Величина энергии активации отжига электростатических дефектов маломощных транзисторов соответствует энергии активации нарушений в струк-
туре оксида кремния.
-
Способ разделения транзисторов по стабильности обратных токов.
-
Способ выборочного контроля надежности транзисторов в партии
Практическая ценность и реализация результатов работы.
-
Показано наличие различных видов отжига электростатических дефектов у полупроводниковых изделий: термического, в режиме электротермотре-нировки, хранения в нормальных условиях.
-
Численно определена энергия активации отжига электростатических дефектов маломощных транзисторов различной полярности.
-
Разработан способ разделения транзисторов по стабильности обратных токов. На данный способ подана заявка на изобретение.
-
Разработан способ выборочного контроля надежности транзисторов в партии. На разработанный способ получен патент РФ №2204142 7 G01R 31/26 от 26.03.2001.
Апробация работы.
Материалы диссертации обсуждались на ежегодных международных научно-технических семинарах «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (Москва, 1999-2003 г.); международной конференции «Релаксационные эффекты в твердых телах» (Воронеж, 1999 г.); конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов ВГТУ (Воронеж, 1999-2002 г.).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 12 работ, получен патент РФ. В совместных работах автору принадлежит экспериментальная часть, разработка способов диагностического контроля надежности, обсуждение результатов.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 106 страниц текста, включая 33 рисунка, 25 таблиц и список литературы из 78 наименований.
