Технологія випробування мікросхеми К155 ЛА7 за категорією К5

Технологія випробування мікросхеми К155 ЛА7 за категорією К5

Міністерство освіти і науки України

Запорізька державна інженерна академія

Факультет електроніки та електронних технологій

Кафедра фізичної та біомедичної електроніки

Пояснювальна записка

до курсового проекту

з дисципліни: «Діагностика, контроль та випробування

напівпровідникових приладів»

на тему: «Технологія випробування

МС К155 ЛА7 за категорією К5»

Запоріжжя, 2009

РЕФЕРАТ

Курсовий проект містить: 45 сторінок, 8 рисунків, 1 таблицю, 2 плакати форматом А1, 14 джерел літератури.

Мета проекту: привести випробування мікросхеми за категорією К5

Задачі проекту:

- провести аналіз методів контролю в виробництві ІМ;

- провести випробування мікросхеми 155 серії ЛА7

В даному проекті розглядається обладнання, методи та технологія контролю в розробці інтегральних мікросхем. Описано проведення випробування за категорією К5 (випробування на багатократні удари, на зміни температури, на вологостійкість та на лінійне прискорення) мікросхеми серії 155. Призначення та область застосування мікросхем 155. Розглядається структура, зовнішній вигляд та конструкція камери тепла та холоду, камери тепла та вологи, стенду для випробування на багатократні удари, центрифуги.

КОНТРОЛЬ, РОЗРОБКА ІМС, КЛІМАТИЧНІ ВИПРОБУВАННЯ, НАДІЙНІСТЬ, МІКРОСХЕМА СЕРІЇ 155, КАМЕРИ ТЕПЛА ТА ХОЛОДУ, КАМЕРИ ТЕПЛА ТА ВОЛОГИ.

ЗМІСТ

Вступ

I Методи контролю якості інтегральних мікросхем

1.1 Оптичні методи контролю

1.1.1 Візуально-оптичний метод

1.1.2 Інтерференційний метод

1.1.3 Поляризаційний метод

1.1.4 Фотометричний метод

1.1.5 Спектральний метод

1.1.6 Метод лазерного сканування

1.2 Методи контролю розподілу температурних полів

1.2.1 Контактні методи

1.2.2 Безконтактні методи

1.3 Радіаційні методи контролю

1.3.1 Рентгенівські методи

1.3.2 Фотоакустична спектроскопія (ФАС)

II Інтегральна мікросхема К155 ЛА7

III Випробування інтегральної мікросхеми К155 ЛА7

3.1 Вплив зміни температури середовища

3.1.1 Механізм дії температур

3.1.2 Робота камери тепла і холоду

3.2 Випробування на багатократні удари

3.2.1 Механізм дії удару

3.2.2 Характеристики режимів випробування

3.2.3 Прилади для випробування

3.3 Випробування на вплив лінійного навантаження

3.4 Вплив підвищеної вологості

3.4.1 Процес випробування

3.4.2 Камери тепла і вологи

IV Випробування мікросхеми при ступені жорсткості i

Висновки

Використана література

ВСТУП

Якість та надійність інтегральних мікросхем (ІМ) визначається досконалістю матеріалів конструкції, відпрацьованістю та контрольованістю виробничих процесів.

Для контролю якості матеріалів та технологічних процесів виготовлення ІМ необхідно користуватися методами, що мають високу чутливість та точність. Ці методи повинні забезпечити:

- визначення концентрації домішки в діапазоні з точністю 1% та профілів розподілу легуючих домішок за глибиною з дозволяючою спроможністю біля на глибині ;

- вивчення структури та складу поверхневих шарів з чутливістю до 1% моноатомного шару на глибині до ;

- визначення поверхневих конфігурацій з дозволяючою спроможністю і точністю вимірювання відстані порядку на площині до ;

- візуалізація динаміки роботи готових (ІМ) та їх елементів і ін.

Необхідно зазначити, що істотний вплив на важливі параметри ІМ роблять процеси, що відбуваються на атомному та молекулярному рівнях, в мікробарах, мікрооб'ємах та особливо на поверхні твердих тіл. Збільшення ступеня інтеграції призводить до різкого підвищення впливу стану поверхні твердого тіла на відтворення та працездатність ІМ. Тому дуже важливий розвиток методів дослідження та контролю поверхонь. До того ж під терміном «поверхня» розуміють межу двох фаз або двох матеріалів, що мають різні фізико-хімічні властивості (тверде тіло - вакуум, метал - напівпровідник). Товщина поверхневого шару визначається конкретними фізико-хімічними механізмами її «обурення» і може складатися з частин моноатомного шару до десятків моноатомних шарів.

I. МЕТОДИ КОНТРОЛЮ ЯКОСТІ ІНТЕГРАЛЬНИХ МІКРОСХЕМ

При виробництві ІМ користуються різними методами контролю, які не змінюючи якості, параметри і характеристики ІМ, дозволяють за вторинними або безпосередніми ознаками знаходити дефекти, провести аналіз якості виготовлених ІМ та її елементів.

Неруйнівний контроль в порівнянні з іншими методами контролю має цілий ряд переваг: по-перше, дозволяє дослідити виріб в процесі розробки, виготовлення, та експлуатації; по-друге, може вводитися в технологічні процеси виробництва. Використання комплексу фізико-хімічних засобів неруйнівного контролю може на порядки зменшити інтенсивність відмов ІМ, виключити в деяких випадках довгострокові, дорогі і інколи малоінформативні руйнівні методи контролю.

Комбінації методів технологічного контролю дають настільки широкий комплекс інформації, що для його розшифровки та обробки потрібно більше часу, ніж для самих вимірювань. Тому необхідне широке використання обчислювальної техніки всіх рівнів - від мікропроцесорів до потужних електронних обчислювальних систем з широким колом задач: обробка інформації, розпізнавання, автоматизації функціонального управління, зв'язку з ЕОМ та ін.

Значний вплив на розвиток приладів для контролю робить створення технологічного обладнання нового покоління, в якому ці прилади використовуються в якості вбудованих датчиків контролю і управління технологічними процесами або моделей післяопераційного контролю, що дозволяє створити гнучкі виробничі системи від автоматичних ліній до програмно-орієнтованих комплексів.

1.1 Оптичні методи контролю

Оптичні методи контролю знайшли широке використання в виробництві ІМ. Вони дозволяють контролювати склад і властивості матеріалів, проводити дослідження, операційний контроль структур та аналіз технологічних процесів шляхом реєстрації інтенсивності, фази, спектрального складу, поляризації та просторового розподілення оптичного випромінювання, що взаємодіє з дослідними об'єктами або випромінюваного ними. Оптичні методи дослідження базуються на таких явищах, як відображення, поглинання, інтерференція і дифракція світла. При виготовленні ІМ використовуються різні матеріали, які по-різному взаємодіють з оптичним випромінюванням. Ця взаємодія визначається властивостями матеріалів, їх геометрією, зовнішніми умовами, а також спектральним складом, поляризацією та фазою уживаного випромінювання.

Оптичні методи можна класифікувати на візуально-оптичні (мікроскопічні), інтерференційні, спектральні, поляризаційні, нефелометричні, фотометричні та ін..

1.1.1 Візуально-оптичний метод

Цей метод контролю полягає в візуальному огляді під мікроскопом дослідного виробу та порівнянні його з еталонним зразком або з його зображенням. Якість цього ряду технологічних операцій при виготовленні ІМ контролюється візуально, за допомогою різних мікроскопів, що працюють в видимому, інфрачервоному і ультрафіолетовому діапазонах спектра.

За допомогою цього метода контролюються: зовнішній вигляд основи і кришок корпусу ІМ, зварні та паяні шви, спай скло - метал, контакті площадки, якість золотого покриття дна основ; зовнішній вигляд фотошаблонів і заготівель для них (наявність включень, пухирів, сколів, плям і т. ін.); якість поверхні Au, Al-проволоки (сторонні включення, наявність плівок, тріщин); зовнішній вигляд напівпровідникових пластин після механічної та хімічної обробки (наявність плям, сколів, сліди забруднення); чистота поверхні епітаксійних структур (трипіраміди, ямки, риски), а також визначають щільність слідів кристалів, висоту дефектів росту; зовнішній вигляд пластин після окислення (сліди забруднення, щільність плям, що світяться і ін.); зовнішній вигляд пластин при нанесенні фоторезисту (включення, пухирі, напливи); деформацію маскованого рел'єфа при задублюванні, якість процесу фотолітографії після проявлення, травлення і зняття фоторезисту (макродефектність, повнота стравлення окислу, різкість краю протравленних вікон, якість сполучення шарів, відповідність топології, колір контактних площин, геометричні розміри вікон); якість поверхні пластин після металізації та оджигу (інородці включення, подряпини, рівномірність блиску); якість анізотропного травлення при ізоляції елементів (форма краю, плоскісність дна, площа травлення); зовнішній вигляд кристалу після ломки (дефекти скрайбирування, дефекти фотолітографії), після приєднання кристала (якість приплавлення), правильність монтажу і ін.

Візуально-оптичний метод контролю широко використовується для аналізу відмов всіх виробів. При цьому методі використовуються мікроскопи різних типів: МБС-1, МБС-2, МБС-200, МССО та ін.

1.1.2 Інтерференційний метод

Сутність інтерференційного методу полягає в отриманні інформації про об'єкт після утворення в площині зображення відповідного розподілу інтенсивності і фази оптичного випромінювання, що пройшло через об'єкт або відображеного об'єктом. Інтерференційний метод використовується для контролю:

- класу чистоти обробки поверхні подложки;

- глибини рисок і сходинок травлення;

- глибини і ширини розподільних канавок кремнійових структур з діелектричною ізоляцією, канавок орієнтаційного травлення;

- геометричних розмірів елементів структур мікросхем;

- товщини окисних шарів;

- товщини фоторезистора;

- рівня двох поверхонь, призначених для приєднання;

- товщини епітаксій них шарів та ін.

Для цих цілей використовуються мікроінтерферометри МІІ-4, МІІ-9. В цих мікроінтерферометрах використовується амплітудне розщеплення променів за схемою Майкельсона (рис.1.)

Рисунок 1.1 - Спрощена схема інтерферометра Майкельсона

1.1.3 Поляризаційний метод

Поляризаційний метод ґрунтується на отриманні інформації про вимірювання параметрів поляризації оптичного випромінювання в результаті взаємодії його з об'єктом в процесі відображення, заломлення або поглинання.

Контроль стану поверхні пластин, параметрів тонких поверхневих шарів і меж розділу між ними - одна з головних умов отримання якісних і надійних ІМ. Такий контроль необхідний в першу чергу на стадії обробки технологічного процесу, після чого слід проводити вибірковий контроль. Одним з самих точних і чутливих методів контролю є еліпсометричний метод (відображувана поляриметрія), заснований на аналізі зміни поляризації пучка поляризованого монохроматичного світла при його відображенні від дослідного об'єкта. При цьому використовується висока чутливість стану поляризації світла до властивостей і параметрів поверхневих та приповерхневих областей дослідної відображуючої системи при падінні пучка променів з нахилом. Так як за звичай вимірюються параметри еліптично поляризованого світла, метод названий еліпсометричним або просто еліпсометрією.

1.1.4 Фотометричний метод

Цей метод ґрунтується на вимірюванні інтенсивності випромінювання, відображеного контрольованою структурою. Фотометричний метод використовується для контролю процесів осідання і травлення плівок різного складу: діелектричних, провідних, напівпровідникових. В законі зміни інтенсивності відображеного випромінювання закладена інформація про зміни товщини плівки. Фотометричний метод забезпечує контроль параметрів процесів росту і травлення тонких плівок в умовах, в яких неможливо розмістити який-небудь датчик, не впливаючи на протікання самого процесу і не порушивши склад середи реакції. Прикладом реалізації цього методу є контроль товщини і швидкості осідання резистивних і провідних плівок при напилені їх на ситалову подложку. Інтенсивність відображення світла змінюється разом із зміною товщини плівок, тому для визначення товщини плівки може бути застосовано точне вимірювання інтенсивності.

1.1.5 Спектральний метод

Спектральний метод заснований на отриманні інформації про дослідний виріб за спектральним складом оптичного випромінювання, збудженого зовнішнім впливом, і за змінами спектрального складу прохідного, відображеного або розсіяного випромінювання. Оптична спектроскопія відноситься до числа найбільш важливих фізичних методів аналізу хімічного складу матеріалів електронної техніки. Необхідність такого аналізу викликана тим, що при виробництві ІМ використовують особливо чисті матеріали. Для визначення елементного складу неорганічних матеріалів широко використовується атомний спектральний аналіз: емісійний (дослідження спектрів випускання збуджених атомів) і абсорбційних (дослідження спектрів поглинання атомів при їх збудженні). Для отримання інформації про органічні матеріали найбільш перспективний метод інфрачервоної спектроскопії. За допомогою цього методу визначають наявність органічних забруднень на поверхні напівпровідникових пластин, використовуючи інфрачервоний спектрофотометр ІКС-14а.

1.1.6 Метод лазерного сканування

Метод ґрунтується на процесі оптичної генерації вільних носіїв в напівпровіднику. При поглинанні світла з енергією кванта, що перевищує ширину забороненої зони, в шарі напівпровідника товщиною (де - коефіцієнт поглинання)виникають вільні носії обох типів. Якщо в межах двох-трьох дифузійних довжин від області генерації знаходиться потенційний бар'єр будь-якого походження, то збиткові електрони і дірки, що дійшли в результаті до дифузії до цього бар'єру, під дією внутрішнього поля розділяються і рухаються в протилежних напрямках. При цьому в зовнішньому колі виникає фото-ЕРС або фотострум. З наближенням світлового зонду до області бар'єру фотовідповідь збільшується пропорційно числу розділених полем носіїв і досягає максимуму при освітлені області об'ємного заряду. Якщо сканувати поверхню напівпровідникової структури оптичним зондом і реєструвати в кожній точці фотострум, то картина розподілу фотоструму, так зване фотовідповідне зображення структури, буде відображати положення -переходів та інших потенційних бар'єрів. Метод лазерного сканування використовується в процесі виробництва ІМ для аналізу причин браку, для перевірки ІМ на функціонування. Необхідно відмітити, що оперативному контролю дефектів за допомогою лазерного сканування в виробництві ІМ повинні передувати розробка методик вимірювання для кожної схеми (з зазначенням величини і полярності напруги живлення, схеми включення, довжини хвилі і інтенсивності випромінювання лазера) та складання атласу еталонних фотовідповідних зображень.

1.2 Методи контролю розподілу температурних полів

Ці методи застосовуються для контролю теплових режимів ІМ, розподілу температури по поверхні, виявлення зон локального перегріву, контролю струморозподілу виявлення областей підвищеного (зниженого) опору, визначення наступних видів відмов: коротких замикань, обривів металізації; пробоїв окислу, великих струмів витоків та ін. контроль теплових режимів проводиться на етапі розробки ІМ з ціллю вирішення питань раціональної компоновки елементів схем, створення оптимальних топологій. Теплові методи контролю також використовуються в процесі виробництва ІМ для відбраковки потенційно не надійних виробів з аномальним тепловим режимом і аналізу схем, що відмовили.

Методи контролю температурного розподілу засновані на реєстрації теплових полів в контрольованому виробі. Для визначення температури використовують будь-яку фізичну характеристику тіл, що від неї залежить і піддається вимірюванню. До таких термометричних характеристик відносяться: лінійне розширення тіл, зміни електричного опору провідників, термоелектричні явища, зміна кольору та яскравості спеціальних покрить, інтенсивність інфрачервоного випромінювання та ряд інших. В залежності від способу отримання інформації теплові методи контролю ділять на контактні і безконтактні (власного випромінювання).

Страницы: 1, 2, 3