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 | 2 || 4 |

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

-- [ Страница 3 ] --

По характерным признакам и параметрам состояния, а также по показателям развития деградационных процессов, ряд методов позволяет определить виды и причины возникновения дефектов, приводящих к отказам ИС.

В ИС возможны дефекты элементов конструкции и кристалла, которые не выявляются при контроле параметров по ТУ и дополнительных. Для выявления ИС с такими дефектами предложено проводить оценку качества методом физико-технической экспертизы.

Комплексная физико-техническая экспертиза ИС заключается в системной оценке качества их проектирования и изготовления физико-техническим методом.

Цель экспертизы состоит в выявлении физического состояния ИС, скрытых дефектов и предпосылок к отказам.

Микросхемы характеризуются большим числом элементов конструкции и кристалла, параметров и критериев. Контроль качества по всем параметрам достаточно трудоемкий, длительный и дорогой. Необходимо найти определяющие параметры-критерии годности, по которым и следует проводить оценку качества ИС.

Выявление критичных и определяющих параметров предложено осуществлять на основе использования причинно-следственных связей между видами дефектов, характером их проявления и причинами отказов ИС.

Важным вопросом является правильное установление норм на параметры.

Основываясь на экспериментальных исследованиях по установлению причинно-следственных связей, определены элементы конструкции и кристалла, параметры и критерии, нормы на них для оценки качества ИС.

Физико-техническая экспертиза при контроле корпуса и сбо­рочных операций включает контроль:

герметичности, состава среды, содержания паров воды и проводимос­ти, коррозионной стойкости металлизации;

качества сварных соединений, покрытия, тестовых характеристик, качества металлизации.

При контроле качества кристалла осуществляется: проверка совмещения слоев;

контроль термостабильности диэлектрика;

оценка состава и дефектности диэлектрика;

контроль элементного состава, стабильность металлизации и элект­ромиграции, времени жизни неосновных носителей заряда, распреде­ления потенциалов.

При анализе результатов физико-технической экспертизы можно использовать метод статистического выборочного контроля, как наиболее точного при контроле по количественному признаку, Существуют выражения для расчета необходимого объёма выборки (z) по заданным рискам поставщика и заказчика, допустимым и недопустимым долям дефектных изделий в принятой партии.

Одним из главных факторов, определяющих эффективность ФТЭ, является разработка рационального маршрута проведения экспертизы.

Для выбора рационального маршрута Мопт предлагается использовать критерии:

, (4.1)

где z - число ИС, используемых для проведения ФТЭ;

F(Mi) - функция эффективности i-го маршрута ФТЭ;

Pд, i - статистическая вероятность обнаружения скрытых дефектов при реализации i-го маршрута ФТЭ;

Е - множество методов, которые могут быть применены для ФТЭ



заданного типа СБИС:

Мi Е - вектор, характеризующий i-ый маршрут ФТЭ.

, (4.2)

где nд,j - среднестатистическое нормированное число обнаруженных скрытых дефектов при использовании на данном предприятии j-го метода ФТЭ (отношение числа обнаруженных дефектов к общему числу СБИС, прошедших ФТЭ).

Применение критерия (4.1) возможно при наличии достаточного количества статистических данных по применению метода ФТЭ. Реализация указанного критерия предполагает выполнение последовательно трех принципов формирования маршрута ФТЭ:

1. Включение в маршрут методов, наиболее информативных для данного типа ИС.

2. Приоритетность активных методов исследований над пассивными с целью выявления наибольшего количества скрытых дефектов.

3. Приоритетность неразрушающих методов испытаний над разрушающими с целью минимизации числа ИС, требуемых для проведения ФТЭ.

Разработанный маршрут проведения физико-технической экспертизы, предусматривает диагностику по внешним выводам, контроль качества корпуса и сборочных операций, контроль качества кристалла.

Сокращённый маршрут физико-технической экспертизы приведён в таблице 1. Полная схема маршрута приведена в диссертации.

Предложена методика комплексной физико-технической экспертизы микросхем, заключающаяся в системной оценке качества их проектирования и изготовления методом физико-технической экспертизы, оперативном определении физического состояния ИС на всех стадиях их жизненного цикла, включая этапы приемки НИОКР.

Предложен порядок проведения физико-технической эксперти­зы. Приведена процедура контроля статических, динамических и до­полнительных параметров, диагностики по элементам и структурам, контроля качества кристалла.

При оценке качества СБИС методом физико-технической экспертизы, целесообразно определить такие показатели конструктивно-технологического уровня микросхем, как выход годных на этапе производства и вероятность безотказной работы на этапе эксплуатации.

В работе предложено для оценки этих характеристик СБИС на основе суперкристалла, представить микросхему в виде системы резервирования различного типа (с горячим и скользящим холодным резервом). В результате получены математические модели оценки вероятности выхода годных суперкристаллов с архитектурой «Однородная вычислительная среда» (ОВС) этапе производства:

(4.3)

где – плотность дефектов на поверхности суперкристаллов;

nT – количество транзисторов в одном процессорном элементе;

Sn – площадь одного транзистора;

Nc – число строк в суперкристалле;

Mc – число основных процессорных элементов (ПЭ) в строке;

m – число резервных ПЭ в строке.

Аналогично получена модель расчета вероятности безотказной работы суперкристалла на этапе эксплуатации:

(4.4)

где

m" – число резервных ПЭ в строке, оставшихся незадействованными на этапе производства;

P1 – вероятность безотказной работы одного ПЭ;

Pпр – вероятность подключения резервного ПЭ;

С – число сочетаний.

В результате исследований показано, что введение резервных процессорных элементов позволяет существенно увеличить его выход годных. При этом предложенный вариант группового резервирования с этой точки зрения является наиболее эффективным. Определено, что при такой системе резервирования возможно получение вероятности безотказной работы суперкристалла превышающей величину вероятности безотказной работы процессорных элементов, входящих в его состав.

Пятая глава посвящена систематизации и разработке методик физико-технической экспертизы и использование ранее разработанных методик для оценки качества и надежности микросхем.

1. Методики диагностики микросхем по внешним параметрам.

Оценка стойкости микросхем к электрическим перегрузкам, анализ причин снижения электрической прочности микросхем и возникновения отказов, связанных с пробоями и утечками.

2. Методики контроля качества корпуса и сборочных операций:

- контроль газового состава подкорпусного объема микросхем с использованием масс-спектрометра;

- методика контроля элементного состава тонких диэлектрических и металлических слоев микросхем и качества золотого покрытия элементов корпуса;

- контроль теплового сопротивления микросхем;

- методика оценки стойкости алюминиевой металлизации микросхем к коррозии;

- методика контроля поверхностных и подповерхностных дефектов с помощью акустического микроскопа.

3. Методики контроля качества кристалла:

- методика оценки качества физической структуры микросхем с помощью параметрического тестового контроля;

- методика контроля толщины полупроводниковых и диэлектрических слоев с помощью микроспетрофотометра-толщинометра;

- методика контроля пористости защитного диэлектрика на микросхеме;

- методика контроля распределения потенциалов;

- методика контроля термостабильности подзатворного диэлектрика в металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) структурах;

- методика контроля линейных размеров топологических элементов;

- методика измерения времени жизни неравновесных носителей заряда в кристаллах высокоомного монокристаллического кремния.

Шестая глава посвящена рассмотрению методов статистического контроля с учетом особенностей производства, возможности использования метода физико-технической экспертизы для ускоренной оценки влагостойкости микросхем и других воздействующих факторов и разработке методики экономической эффективности физи­ко-технической экспертизы микросхем.

Проведен анализ методов статистического контроля. Даны рекомендации о возможности применения статистического контроля и регулирования технологического процесса с учетом особенностей производства.

Показана возможность использования коэффициента смещения для достижения технического или экономического результатов.

Приведен метод статистического контроля технологических процессов изготовления интегральных микросхем для партий малого объема при прерывистом производстве.

В отличие от других методов статистического контроля, данный метод позволяет осуществлять управление технологическим процессом (ТП) при достаточно ограниченном объеме статистических данных и может быть применен, если объем выборки составляет не менее 5 контролируемых точек (n 5).

При нормальном распределении значений контролируемого параметра верхняя Xв и нижняя Xн толерантные (допустимые) границы определяются по формуле:

, (6.1)

где и Sj - среднее арифметическое и среднее квадратическое отк­лонение по результатам испытаний выборки:

K = Kn (, P)- коэффициент, зависящий от уровня доверительной вероятности (достовер­ности) , при доле Р значений параметра, попадающих в определяемые границы при объеме выборки nj.

Таким образом, из формулы 6.1 видно что, при двухстороннем ограничении на параметр ширина толерантных границ прямо пропорциональна выборочному значению среднего квадратического отклонения и тем меньше, чем больше объем выборки.

После проведения расчета толерантных границ для каждой партии осуществляется сравнение полученных значений и результатов измерений с нормами на параметр.

Разработанные методики ФТЭ могут быть использованы для ускоренной оценки влагостойкости интегральных микросхем в герметичных ме­таллокерамических, керамических, металлостеклянных и стеклокера­мических корпусах, имеющих свободный внутренний объем.

Вместо известного способа проведения длительных испытаний на влагостойкость в течение 56 суток была проведена оценка влагостойкости в течение 10 часов, по величине количества водяных паров в подкорпусном объеме (не более 5000 ppm) и оценке коррозионной устойчивости металлизации (по величине (локальной) коррозии).

Рассмотрена возможность использования методов физико-тех­нической экспертизы для других внешних воздействующих факторов, в том числе длительных испытаний на долговечность в электрическом режиме при повышенной температуре, а также используемых в настоя­щее время ускоренных испытаний в форсированных режимах. При этом физико-техническими методами проводится оценка старения "горячих" носителей, электромиграции, зависимости пробоя диэлектрика от времени.

Показано, что методами физико-технической экспертизы возможно проводить оценку правильности разработки по величине тепловых полей и электрических потенциалов. Если указанные характеристики не пре­вышают установленных критериев, то микросхема спроектирована пра­вильно и ее конструкция будет обеспечивать требуемые условия экс­плуатации.

Показано, что проведя физико-техническую экспертизу эле­ментов конструкции микросхемы и микросхемы в целом можно опреде­лить ее устойчивость к внешним воздействующим факторам, оценить качество.





При подтверждении результатов физико-технической экспертизы результатами натурных испытаний можно в дальнейшем процессе про­изводства микросхем отказаться от проведения натурных, длительных дорогостоящих испытаний.

Предложена методика экономической эффективности физико-технической экспертизы микросхем путем сопоставления затрат на проведение физико-технической экспертизы с затратами, связанными с испытаниями по выявлению качества ИС традиционными натурными методами. Приведены соответствующие аналитические выражения.

В приложении приведены акты внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Поставленная в работе задача по ускоренной оценке качества микросхем методами физико-технической экспертизы решалась на ос­нове теоретических и экспериментальных исследований, включающих:

- исследования влияния взаимосвязи и реализации конструктив­но-технологических решений на качество микросхем;

- исследование и выявление взаимосвязи видов дефектов и механиз­мов отказов микросхем с качеством технологических операций и применяемых материалов;

- разработку требований к процедурам проектирования, информационному обеспечению, тестовым структурам контроля параметров пластин, технологии, оценочных, демонстрационных и рабочих микросхем, библиотеке элементов и проектным нормам;

- разработку требований к процессам производства, технологическому процессу изготовления микросхем;

- разработку математической модели оценки точности визуального контроля при физико-технической экспертизе микросхем;

- дополнение и обоснование оптимальной системы отбраковочных испытаний;

- определение возможности уменьшения планов контроля при испытаниях микросхем повышенной функциональной сложности

- определение номенклатуры конструктивно-технологических характе­ристик микросхем, элементов, тестовых структур и метода их физи­ко-технического анализа;

- разработку надежностных характеристик СБИС на основе суперкрис­таллов;

- установление параметров, критериев и норм оценки качества мик­росхем по конструктивно-технологическим характеристикам и тесто­вым структурам;

- разработку порядка и маршрута физико-технической экспертизы микросхем;

- разработку и использование ранее разработанных методик для физико-технической экспертизы микросхем;

- проведение комплексной физико-технической экспертизы микросхем;

- проведение ускоренной оценки качества микросхем;

- рассмотрения возможности использования предлагаемой методики ускоренной оценки качества микросхем для других внешних воздейс­твующих факторов и в целом оценки качества микросхем;

Теоретические и физические исследования базируются на экспе­риментальных исследованиях причинно-следственных связей дефектов и отказов микросхем с конструктивно-технологическими характерис­тиками, технологическими операциями, качеством материалов (ста­тистических обобщений за многие годы проведения анализа отказов микросхем).

2. В результате экспериментальных исследований установлены:

- метод статистического контроля технологических процессов изготовления микросхем для партий малого объема при прерывистом производстве;

- влияние конструктивно-технологических решений, технологических операции, качества материалов на качество ИС. Наибольшее влияние на качество микросхем оказывают: технологические операции термо­компрессия и фотолитография, полупроводниковые материалы, фотошаб­лоны, корпуса.

- элементы, структуры, параметры и критерии оценки качества мик­росхем которые, целесообразно использовать при физико-технической экспертизе ИС.

Разработан маршрут проведения физико-технической экспертизы микросхем.

Проведена ускоренная оценка влагостойкости микросхем.

3. На основе исследований получены следующие результаты.

Проведена оценка возможности и даны рекомендации по применению методов статистического контроля и регулирования технологических процессов.

Разработан метод статистического контроля и регулирования технологических процессов, основанный на использовании толерантных пределов для проведения контроля технологических процессов при ограниченном объеме статистических данных и позволяющий осуществить статистический контроль качества при прерывистом производстве и поставках микросхем малыми партиями.

Разработаны требования к процедурам проектирования, информационному обеспечению, тестовым структурам контроля параметров пластин, технологии, оценочных, демонстрационных и рабочих микросхем, библиотеке элементов и проектным нормам.

Дополнена и обоснована система отбраковочных испытаний пластин и микросхем.

Определена возможность уменьшения планов контроля при испытаниях микросхем повышенной функциональной сложности.

Предложен метод ускоренной оценки качества микросхем методом физико-технической экспертизы (выявление физического состояния ИС, скрытых дефектов и предпосылок к отказам.).

На основе причинно-следственных связей отказов с конструкти­вно-технологическими характеристиками, технологическими операция­ми и качеством материалов определены структуры, элементы и узлы ИС, подлежащие экспертизе и проверяемые показатели для них.

Разработан рациональный маршрут проведения экспертизы, провер­ки параметров, элементов, структур и микросхем в целом.

Физико-техническая экспертиза при контроле сборочных операций включает контроль: герметичности, состава среды, содержание паров воды и проводимости, коррозионной стойкости.

При контроле качества кристалла осуществляется: проверка сов­мещения слоев, контроль термостабильности диэлектрика, оценка со­става и дефектности диэлектрика, контроль элементного состава, стабильности металлизации, электромиграции, времени жизни неосно­вных носителей заряда, распределение потенциала.

Определен перечень методик, используемых при проведении физи­ко-технической экспертизы ИС.

Установлены, критерии оценки (значений показателей) при про­верке структур, элементов и узлов.

Разработаны, уточнены методики для оценки качества микросхем.

На основе решения уравнения для рисков поставщика и заказчика разработана модель оценки эргономических характеристик оператора при визуальном контроле.

Предложен метод распределенного скользящего резервирования при кластерной организации матрицы процессорных элементов и 30 процентной аппаратной избыточности для серийного производства суперк­ристаллов со структурой типа однородная вычислительная среда (ОВС).

Получены соотношения для оценки вероятности выхода годных на этапе производства и вероятности безотказной работы на этапе экс­плуатации суперкристаллов ОВС.

Определен порядок проведения физико-технической экспертизы микросхем.

Приведена процедура контроля статических, динамических и до­полнительных параметров, диагностики по элементам и структурам, контроль качества кристалла.



Pages:     | 1 | 2 || 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.