Введение к работе
Актуальность темы. В современном производстве повышаются требования к качеству и надежности полупроводниковых изделий (ППИ) - полупроводниковых приборов (диодов, тиристоров, транзисторов) и интегральных схем (ИС). Чтобы отбраковать потенциально ненадежные изделия необходимо создать диагностические методы в дополнение к существующим технологическим отбраковочным испытаниям. Данные методы уже применяются предприятиями-изготовителями ППИ на выходном контроле и предприятиями-потребителями ППИ на входном контроле. Они могут заменять трудоемкие технологические отбраковочные испытания на диагностический контроль.
Надежность конкретных изделий определяется количеством содержащихся в них внутренних дефектов (дислокаций, неконтролируемых примесей и других точечных дефектов). Наличие дефектов в структуре ППИ неизбежно отражается на характере процессов, связанных с переносом тока через структуру, что приводит к флуктуациям проводимости и воспринимается во внешней цепи как низкочастотный шум (НЧШ), уровень которого пропорционален скорости деградации структуры.
Широкое распространение получили методы измерения параметров НЧШ при использовании внешних воздействий (рентгеновского излучения, электростатических разрядов (ЭСР), механических, температурных воздействий и др.).
Опубликованные теоретические и экспериментальные данные по исследованию влияния рентгеновского излучения на электрические параметры ППИ показывают недостаточность этих исследований в разработке способов диагностики надежности ППИ. Практически не исследовался вопрос диагностики по параметрам НЧШ при рентгеновском облучении, поэтому тема диссертации в настоящее время является актуальной.
Цель работы: исследование влияния различных доз рентгеновского излучения на электрические параметры и параметры НЧШ ППИ, а также разработка новых диагностических способов отбраковки потенциально ненадежных ППИ.
Для достижения этих целей в работе поставлены следующие задачи:
-
Экспериментально исследовать зависимость электрических параметров и параметров НЧШ ППИ от разных доз рентгеновского облучения.
-
Разработать новые методы диагностирования потенциально ненадежных ППИ, основанные на измерении параметров НЧШ до и после рентгеновского облучения.
-
Разработать способы разделения ППИ по надежности, основанные на измерении информативных параметров до и после дополнительных внешних воздействий: температуры, механических воздействий, ЭСР.
4. Провести сравнительный анализ диагностических методов по их достоверности.
Научная новизна работы. В работе получены следующие новые научные и технические результаты:
-
-
Показано, что возможна разбраковка ППИ по надежности по характеру изменения параметров НЧШ при рентгеновском облучении.
-
Разработан «Способ разбраковки полупроводниковых изделий» по надежности с использованием среднеквадратичного напряжения НЧШ при воздействии рентгеновским излучением дозой порядка 10 кР. На способ получен патент на изобретение № 2472171.
-
Разработан «Способ разделения полупроводниковых изделий по надежности», с вычислением параметра НЧШ у при воздействии рентгеновским излучением дозой порядка 10 кР. На способ подана заявка на изобретение № 2010130606/28(043379).
-
Разработано четыре способа разделения ППИ по надежности, основанных на измерении информативных параметров при дополнительных внешних воздействиях: механических воздействий, воздействий ЭСР с последующим отжигом, измерением КНП при нормальной и повышенной температурах, механическим воздействием с последующим воздействием ЭСР. На способы получены патенты на изобретения № 2365930, 2374658, 2381514, 2465612.
Практическая значимость. Полученные патенты РФ на изобретения по надежности могут быть использованы предприятиями-изготовителями и потребителями ППИ для сравнения и разделения нескольких партий ППИ по потенциальной надежности:
-
-
-
Экспресс-метод выделения ИС повышенной надежности с использованием относительной величины изменения критического
напряжения питания (КНП), равной К = Екр' нор " — 1 , который имеет
Екр.пов
высокую производительность, низкие энергозатраты, значительно более меньшую стоимость процесса по сравнению с электротермотренировкой (ЭТТ), поэтому данный метод может заменить ЭТТ в технологических процессах отбраковочных испытаний.
-
-
-
Впервые предложены методики разделения ППИ по надежности на основе измерения параметров НЧШ до и после рентгеновского облучения и расчетов относительных коэффициентов: К= Ушркон / ^Ш_нач и М=У2/У1.
Основные результаты, выносимые на защиту:
1. Влияние дозы рентгеновского излучения на электрические параметры и параметры НЧШ следующих полупроводниковых изделий: диодов (КД521Г, 1N5817MIC), транзисторов (КТ3102ЖМ, КТ602БМ, КП728Е1), тиристоров (КУ208А), аналоговых ИС (LMP2015,TLC27) и цифровых ИС (К555ЛА3, К561ТР2).
-
-
-
-
Способы разделения ППИ по надежности на основе измерения параметров НЧШ до и после рентгеновского облучения дозой 10 кР:
а) с последующим расчетом величины относительного изменения шума ИС до и после облучения К= Uficpjsoн / Ufijia4. На способ получен патент на изобретение № 2472171;
б) по выводам ИС «питание - общая точка» на частотах 11=200Гц и 1"2=1000Гц с последующим расчетом величин, характеризующих вид спектра НЧШ - yj, у2 , и коэффициента M= y2/yj. На способ подана заявка на изобретение № 2010130606/28(043379).
-
-
-
-
Способ выделения ИС повышенной надежности с использованием измерения КНП при нормальной и повышенной температуре и вычисления
коэффициента К = Kp' Hop " — 1 . На способ получен патент на изобретение №
Екр.пов
-
-
-
-
Способ разделения ППИ по надежности на основе расчета коэффициента относительного изменения информативного параметра, измеренного четыре раза: до, после механических воздействий, после
А —А
воздействия ЭСР и после температурного отжига: К = -oz^——. На способ
Аэср-Амех
получен патент на изобретение № 2374658.
-
-
-
-
Способ сравнительной оценки надежности партий ППИ на основе сравнения минимального, среднего и максимального значения информативного параметра до и после механических испытаний и после испытаний на воздействие ЭСР. На способ получен патент на изобретение № 2381514.
-
Способ сравнительной оценки партий транзисторов по надежности на основе измерения интенсивности шума по различным переходам транзисторов после воздействия ЭСР четырех напряжений с числом воздействий 5, 4, 2, 1, различной полярности. На способ получен патент на изобретение № 2465612.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на 40 - 43 международном научно- методическом семинаре «Флуктуационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (Москва, 2010 - 2013); XVI, XVII международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2010, 2011); XVII международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технология» (Томск, 2011); девятнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2013); 50 - 53 научно-технических конференциях профессорско- преподавательского состава, аспирантов, магистрантов и студентов
Воронежского государственного технического университета (Воронеж, 2010 - 2013).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 25 публикациях, в том числе в 7 работах, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, и в 5 патентах РФ на изобретение.
Все исследования, представленные в диссертации, проведены соискателем. В работах, опубликованных с соавторами и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [3, 5, 7, 14, 20 - 25] - получение и обработка экспериментальных данных; [1, 2, 4, 6, 17, 18] - анализ полученных результатов; [13, 15, 16, 19] - обобщение и формирование выводов; [8 -12] - написание заявок на изобретения
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 70 наименований и приложения. Основная часть работы изложена на 105 страницах, содержит 36 рисунка и 32 таблицы.
Похожие диссертации на Влияние рентгеновского излучения на параметры полупроводниковых изделий
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
