авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Обеспечение и ускоренная оценка качества микросхем по результатам физико-технической экспертизы

-- [ Страница 2 ] --

Проведенный анализ показал, что по мере совершенствования ИС, расширения их функциональных возможностей натурные и известные ускоренные испытания на надежность становятся недостаточно эффективными и нецелесообразными. Возникают трудности экономического и технического характера.

Показано, что наиболее достоверную оценку качества ИС можно получить по результатам физико-технической экспертизы. Сущность экспертизы ИС состоит в выявлении физического состояния ИС, скрытых дефектов и предпосылок к отказам.

Объектом экспертизы являются технологические операции, тестовые структуры, элементы конструкции ИС: корпус, подкорпусной объем, кристалл и его стуктурно-топологическое исполнение, выводы и микросхема в целом.

Разработан алгоритм проведения физико-технической экспертизы, который приведён на рис. 1.

На основе анализа состояния проблемы оценки качества ИС определены важнейшие составляющие ускоренной оценки качества ИС, сформулированы основные задачи исследований в рамках настоящей диссертационной работы.

1. Установить взаимосвязь конструктивно-технологических требова­ний с качеством ИС.

2. Исследовать влияние качества выполнения технологических опе­раций и условий производства на качество микросхем.

3. Установить взаимосвязь дефектов и механизмов отказов микро­схем с технологическими операциями. Осуществить выбор контролиру­емых параметров.

4. Разработать математическую модель определения эргономиче­ских характеристик оператора при визуальном контроле, не завися­щую от свойств контролируемой партии.

5. Разработать требования к процессам разработки и производства микросхем.

6. Дополнить и обосновать систему отбраковочных испытаний партий пластин и микросхем.

7. Определить номенклатуру конструктивно-технологических харак­теристик ИС, элементов конструкции и кристалла и метода их физи­ко-технического анализа.

8. Определить нормы оценки качества по конструктивно-технологи­ческим характеристикам микросхем и элементам конструкции и крис­талла.

 Нет Да Алгоритм-0

Нет

Да

Рис. 1. Алгоритм физико-технической экспертизы

9. Разработать методики физико-технической экспертизы.

10. На основе физико-технического анализа разработать новый под­ход к проведению ускоренных испытаний на влагостойкость.

11. Дать оценку возможности использования статистических методов контроля технологических процессов и рекомендации по их использованию.

12. Предложить метод статистического контроля технологических процессов изготовления микросхем для партий малого объема при прерывистом производстве.

13. Разработать две математические модели расчета надежностных характеристик СБИС на основе суперкристаллов, вероятности выхода годных на этапе производства и вероятности безотказной работы на этапе эксплуатации.

Вторая глава

Во второй главе содержатся требования к процедурам проектирования.

Главной задачей системы проектирования является обеспечение перевода требований технического задания в требования к материалам, элементам конструкции микросхем, технологии изготовления и производства партий микросхем, требования к полноте контроля, изготовления и испытаний микросхем.



При проектировании должно проводиться моделирование работы микросхем в условиях воздействия факторов, установленных в техническом задании для наихудшего сочетания факторов. Модели должны быть: обоснованы, апробированы, аттестованы, обеспечивать требуемую точность и реализовывать связь параметров моделей с режимами и условиями техпроцесса.

Проектирование технологии должно предусматривать моделирование и оптимизацию технологического процесса с целью снижения его чувствительности к изменению условий.

Процедуры проектирования должны предусматривать разработку необходимых тестовых структур находящихся в модулях рабочих или тестовых кристаллов для оперативной и достоверной оценки в процессе изготовления микросхем.

На этапе разработки должны быть разработаны, а на этапе производства проводится контроль тестовых структур, характеризующих возможные дефекты вызванные:

- деградацией под влиянием горячих носителей;

- электромиграцией;

- времязависимым пробоем диэлектрика;

- деградацией металлизированных дорожек и омических контактов.

Для оценки качества технологического процесса могут использоваться оценочные и демонстрационные схемы [17].

Типовые оценочные схемы должны соответствовать требованиям, установленным проектными нормами. Требования к электрическим нагрузкам и параметрам транзисторов и всех межсоединений должны устанавливаться по наиболее жесткому варианту нагрузки.

Разработчик обязан продемонстрировать возможность и стабильность всех операций, применяемых при контроле конструктивных, электрических и проектных норм.

Определены требования к техническим и программным средствам, информационному обеспечению. Разработчик должен иметь банки (базы) данных и знаний, позволяющих структурировать, накапливать и использовать информацию, необходимую для выполнения проектирования конструкции и технологии изготовления.

Приведены требования к информационному обеспечению разработчика.

Базы данных и знаний должны содержать:

- универсальные библиотеки, инвариантные к технологии производства:

- поведенческих моделей;

- фунционально-логических моделей;

- схемных и приборных моделей;

- топологических моделей;

- условных графических обозначений;

- библиотеку конструктивно-технологических функциональных элементов;

- стандартные приемы разбиения микросхемы на структурно-функциональные части;

- модели стандартных внешних факторов, воздействующих на микросхемы;

- методы преобразования внешних факторов, действующих на микросхему, в наборы нагрузок, действующих на конструктивно-технологический функциональный элемент (КТФЭ);

- стандартные значения нагрузок, действующих на КТФЭ и не влияющих на их работоспособность;

- перечень предельных значений нагрузок, приводящих к нарушению функций КТФЭ или микросхемы в целом;

- правила ранжирования нагрузок по значимости их влияния на функциональные запасы КТФЭ;

- библиотеку моделей, связывающих характеристики нагрузок со значениями конструктивно - технологических параметров КТФЭ;

- библиотеку стандартных механизмов отказов, включающую описание дефекта, условия возникновения дефекта, причины возникновения дефекта, условия и вероятность развития дефекта в отказ;

- методы обнаружения (контроля) дефектов;

- библиотеку стандартных конструктивно-технологических решений.

Определены требования к процессам производства:

  • организации и управлению производством;
  • обеспечению производства персоналом необходимой квалификации;
  • обеспечению и управлению технической документацией;
  • обеспечению производства технологическим, контрольно-измерительным, испытательным оборудованием и метрологическое обеспечение;
  • обеспечению условий производства;
  • обеспечению сырьем, материалами и комплектующими изделиями;
  • обеспечению качества и управлению технологическим процессом изготовления микросхем;
  • обеспечению идентификации и прослеживаемости изделий;
  • организации проведения корректирующих воздействий;
  • организации внутренних проверок системы качества;
  • организации учета и анализу затрат на качество;
  • системе статистического контроля и регулирования производства;
  • программе обеспечения качества;
  • организации обращения с готовой продукцией;
  • организации обращения с продукцией не соответствующей требованиям нормативной документации;
  • организации сбора, регистрации, обработки и хранения данных о качестве;
  • организации технической помощи в применении микросхем;
  • маркетинговая деятельность.

Важнейшим процессом производства, определяющим качество и надежность микросхем, является требование к обеспечению качества и управлению технологическим процессом изготовления микросхем.

Требования к технологическому процессу должны включать в себя, главным образом, требования к режимам проведения технологических операций, межоперационным параметрам и допускам на них.

Обобщение данных маршрутных карт, а также данных по причинно-следственным связям позволило определить нормы и допуска на параметры технологического процесса.

Определены основные технологические операции (формирование диэлектрических слоев, литография и травление, формирование переходов, получение металлических слоев и др.), требования к ним, методы контроля технологических процессов.

Требования к процессу производства и технологическому процессу включены в [20].

Результаты исследований надежности и анализа отказов микросхем подтверждают необходимость проведения отбраковочных испытаний.

Исследования эффективности различных видов испытаний показывают, что в состав отбраковочных испытаний необходимо включать: термовыдержку, визуальный контроль, контроль герметичности, механические и климатические воздействия, электротермотренировку, функциональный контроль и контроль параметров в диапазоне температур.

Дополнена и обоснована система отбраковочных испытаний.

Сто процентные отбраковочные испытания позволяют выявлять потенциально ненадежные микросхемы. Для подтверждения необходимости и достаточности состава отбраковочных испытаний проводится контроль функционирования, измерение электрических параметров в диапазоне температур, испытания на воздействие изменения температуры среды, электротермотренировка и др.

Для партии микросхем объема N, определено n видов дефектов, число отбраковочных микросхем будет а1, а2, а3 … аn, общая совокупность дефектных микросхем равна

, (2.1)

Показатели уровня качества на этапе проведения отбраковки равны

, (2.2)

Уровень выходного качества, может быть определен после проведения на N/ микросхемах следующих испытаний. Он определяется отношением:

, (2.3)

В качестве численного критерия оценки эффективности отдельных видов отбраковочных испытаний целесообразно взять улучшение выходного качества по сравнению с уровнем качества на момент отбраковочных испытаний.

Коэффициент эффективности можно выразить:

, (2.4)

где g1 – уровень качества на момент проведения отбраковки;

g2 – уровень качества после операции отбраковки.

Соответсвующие виды отбраковочных испытаний целесообразны, если доля отбраковываемых микросхем на последующих испытаниях уменьшается. Коэффициент эффективности более нагляно выражается зависимостью

, (2.5)

Повышение эффективности отбраковочных испытаний может проводиться за счет выбора жесткости воздействующих факторов, увеличения длительности воздействий или использования дополнительных критериев отбраковки.

Определена возможность уменьшения планов контроля качества для функционально сложных микросхем.

Любая микросхема, независимо от степени интеграции, содержит одни и те же конструктивно-технологические элементы, количество которых изменяется в зависимости от степени сложности микросхемы. Микросхема может быть представлена физико-статистической моделью нормирования сложности. Такая модель считается справедливой только для обоснования объемов выборок при испытаниях микросхем. Количество эквивалентных элементов строго связывается с количеством конструктивно-технологических элементов в микросхеме, а следовательно, и со степенью интеграции. Такая связь может быть достигнута для целей оценки качества микросхем, если предопределить, что один элемент модели заменяет собой совокупность единичных конструктивно-технологических элементов согласно равенству:





nэх = g1+g2+ … + gm+1= 1, (2.6)

где nэх =1 - эквивалентный элемент;

g1,g2 …gm – удельные веса отказов или частота отказов конструктивно-технологических элементов

Тогда общее число niх эквивалентных однотипных элементов, нормированных по числу отказов, для i- микросхемы любой сложности будет определяться формулой

niх= g1Ni1+ g2Ni2+ …+ gmNim, (2.7)

,

где Nj(N1,N2…Nm) – количество конструктивно-технологических элементов в j-ом направлении;

- общее число конструктивно-технологических элементов в микросхеме

Для микросхем с большей степенью интеграции должен подтверждаться не меньший уровень надежности, чем для исходной микросхемы. Это может быть обеспечено испытанием выборки с общим количеством эквивалентных элементов не менее nох nо.

Таким образом для одних и тех же условий и режимов испытаний можно записать

niх ni= nох nо,

что позволяет определить объем выборки для i – микросхемы по формуле

(2.8)

или

, (2.9)

Например, для проведения кратковременных испытаний на безотказность микросхем первой и второй степени интеграции объем выборки составляет 80 штук, а для микросхем восьмой степени интеграции – десять.

Третья глава посвящена исследованиям по определению элементов конструкции и кристалла, параметров и критериев ускоренной оценки качества микросхем.

Важнейшее значение в обеспечении надежности ИС имеет за­дание и реализация конструктивно-технологических требований. Рассмотрено влияние на надежность ИС конструкции, элементов мик­росхем, подложки, качества термокомпрессионных соединений, фото­резиста, пассивации окисла, металлизации, корпуса и др. Не соблю­дение требований к конструктивно-технологическим решениям приво­дит к возникновению различных видов дефектов. Так, например, на­личие кислородных выделяющихся фаз в кристалле может привести к чрезмерным токам утечки. Недостаточная толщина фоторезиста при­водит к трещинам под действием напряжения. Смеще­ние масок может привести к разрывам в цепях. Чрезмерное напряже­ние в процессе термокомпрессии может привести к появлению трещин в контактных площадках. Проколы в фоторезисте приводят к коротким замыканиям. Расширение областей диффузии вызывает более низкое пробивное напряжение р-n переходов.

Исследована взаимосвязь видов дефектов и механизмов отка­зов микросхем с технологическими операциями: термокомпрессией, фотолитографией, диффузией имплантацией, окислением, металлизаци­ей.

Исследовано влияние качества материалов на надежность микросхем. Наибольшее влияние на надежность микросхем оказывают полупроводниковые материалы, фотошаблоны, корпуса.

Приведены аналитические соотношения по предельному отклоне­нию значений удельного сопротивления по торцу слитка и площади пластины. В качестве критериев эффективности проектирования, а также качества выполнения технологических операций, обработки ис­ходных материалов предложены: однородность распределения удельного сопротивления по площади пластины; однородность распределения времени жизни неосновных носителей заряда в слитках и пластинах монокристаллического кремния; удельное сопротивление и толщины эпитаксиальных слоев в кремниевых однослойных эпитаксиальных структурах; время жизни неосновных носителей заряда в эпитакси­альных слоях. Стабильность параметров ИС во многом определяется содержанием кислорода в кремнии, попадание которого возможно вследствие взаимодействия расплава с тиглем.

На основании обобщения материалов влияния реализации конструктивно-технологических требований, взаимосвязи видов де­фектов и механизмов отказов микросхем с технологическими операци­ями, качества материалов на качество ИС, а также анализа отказов микросхем, установлены причинно-следственные связи между видами, дефектами, характером их проявления, механизмами и причинами от­казов ИС, которые целесообразно использовать при установлении па­раметров, критериев оценки качества микросхем при их физико-тех­нической экспертизе.

Переход к БИС существенно влияет на распределение отка­зов, т. к. происходит уменьшение топологических размеров элемен­тов. Уменьшение геометрических размеров элементов делает необхо­димым уменьшение электрических напряжений, толщины слоя окисла и металлического слоя, глубины диффузии и увеличение легирования. Это способствует возникновению различных типов отказов: кристал­лографические дефекты, пробой окисла, электропережоги металлиза­ции; коррозии металлизации.

Для достижения высокого качества, снижения стоимости и сокращения времени разработки должен быть изменен подход к орга­низации создания БИС, заключающийся в том, чтобы перейти от реше­ния проблем к предупреждению их возникновения, от нормирования количественных показателей надежности к снижению количества отка­зов и других проявлений ненадежной работы, от автоматизации отб­раковки дефектных изделий к исключению возможности появления де­фектов за счет использования методов физико-технической эксперти­зы микросхем.

Для количественного сертифицирования оператора при визу­альном контроле целесообразно использовать математическое ожида­ние c и "порога" принятия решения оператором. В основе определения этих метрологических характеристик лежит процедура разбраковки им некоторой контрольной партии изделий по двум про­изводственным нормам Yп1 и Yп2.

В этом случае величины С и определяются по формулам, полученным на основании выражений для рисков поставщика и заказчика (12, 21):

, (3.1)

,

где Z – решение уравнения: exp (–) = 2 Z F (Z),

а 12 (П1), 21 (П2), W (П1), W (П2) – апостериори известные значения рисков и коэффициента выхода годных изделий при разбраковке оператором контрольной партии.

Достоинство метрологических характеристик С и – возможность оценки точности операторов визуального контроля при работе с произвольными партиями изделий и, как следствие этого, возможность сравнения и профессионального отбора операторов, оценка эффективности их работы в течение смены и от смены к смене, прогноз последствий работы операторов.

Четвертая глава посвящена исследованиям по определению номенклатуры конструктивно-технологических характеристик микросхем, тестовых структур и метода их физико-технического анализа, разработке математических моделей расчета надежностных характеристик СБИС на основе суперкристаллов.

Параметры, предусмотренные техническими условиями (ТУ) для контроля качества ИС не в полной мере определяют их физическое состояние характеризующее надежность.

ИС со скрытыми дефектами, возможно, выявить при контроле дополнительных параметров путем сравнения с их усредненными значениями.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 

Похожие работы:








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.