Способ испытаний интегральных микросхем

 

Изобретение касается контроля качества полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, выполненных по КМОП-технологии. Цель изобретения - повышение достоверности и сокращение продолжительности испытаний разгерметизированных КМОП интегральных схем с алюминиевыми электродами. С момента достижения установившегося режим осуществляют контроль тока потребления испытуемых микросхем, фиксируют момент начала развития коррозионного процесса по увеличению тока потребления. 1 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 31/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833648/21 (22) 01.06.90 (46) 15,02,93. Бюл. М 6 (71) Ф ряэинский филиал Центрального науч. но-исследовательского института "Циклон" (72) Ю,А.Демочко, В.В.Мащенко и А,Н.Рабодзей (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1228052, кл. G Oi R 31/28, 1986.

Ахаткин А.Л „Теверовский А.А, Ускорение испытания металлизации ИС, герметизированных в пластмассу, на корроэионный отказ. Тезисы докладов! И Всесоюзной конференции "Моделирование отказов и имитация на ЭВМ статистических испытаний

ИМС и их элементов", 1989, г.Суздаль.

Изобретение касается контроля качества полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, выполненных по КМОП технологии, и может быть использовано на этапе их производства.

Известен способ контроля качества и надежности микросхем, механизмы отказов которых обусловлены присутствием влаги, основанный на измерении поверхностной проводимости кристалла при температуре

+20 С и в процессе его охлаждения до—

20 С. О качестве микросхем судят по изменению тока утечки в процессе охлаждения, а об их надежности — по минимальному значению разности токов утечки, измеренных при 20 С и в диапазоне 0 — 10 Ñ, Недостатком этого способа является невозможность выявления причин отказа: наличие влаги внутри корпуса или недостаточная коррозион ная устойчивость металлизации испытуемых микросхем, „„5U„„ 1 795386 А1 (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ИНТЕГРАЛЬ-

НЫХ МИКРОСХЕМ (57) Изобретение касается контроля качества полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, выполненных по

КМОП вЂ” технологии. Цель изобретения— повышение достоверности и сокращение продолжительности испытаний разгерметизированных КМОП интегральных схем с алюминиевыми электродами, С момента достижения установившегося режим осущест. вляют контроль тока потребления испытуемых микросхем, фиксируют момент начала развития корроэионного процесса по увеличению тока потребления. t ил.

Известен способ испытаний микросхем при повышеннойтемпературе(+110 — 150 С), влажности окружающей среды свыше 857ь, избыточном давлении около 1 атм., и воздействии электрической нагрузки (т.е. ТВНиспытания).

При проведении подобных испытаний . создаются автомодельные условия для воспроизведения коррозионных отказов металлиэации в микросхемах, Кроме того, высокий коэффициент ускорения обеспечивает приемлемую в условиях производства продолжительность испытаний.

Контроль испытуемых иэделий при.

ТВН вЂ” испытаниях проводится или по функционированию, или по целостности какоголибо участка цепи(шины металлизации), что не позволяет достоверно фиксировать начало коррозионного процесса и существенно удлиняет испытания.

1795386

Целью изобретения является повышение достоверности контроля и сокращение продолжительности ТВ Н вЂ” испытаний металлизации КМОП ИС на коррозионную стойкость. Поставленная цель достигается тем, что испытуемые микросхемы помещают в насыщенную влагой атмосферу при повышенной температуре, подключают электрический режим и выдерживают их под воздействием этих условий, в процессе испытаний осуществляют контроль тока потребления испытуемых микросхем, фиксируют момент начала корроэионного процесса по увеличению тока потребления на заданную величину, а о коррозионной стойкости испытуемых микросхем судят по величине интервала времени от начала испытаний до момента возрастания тока потребления. Применительно к микросхемам в корпусе со свободным внутренним объемом (металлокерамических и др.), испытуемые микросхемь1 предварительно разгерметизируют.

Физические основы заявляемого технического решения следующие.

Формирование тока потребления в

КУОП ИС при развитии коррозионных отказов связано с двумя основными факторами, а именно: протеканием тока утечки через собственно полупроводниковую структуру и протеканием тока в адсорбированной пленке воды на поверхности кристалла между контактными площадками и шинами, находящимися под различными потенциалами, Величина первой компоненты в КМОП ИС весьма мала и находится обычно в диапазоне единиц микроампер, Величина второй компоненты тока потребления определяется приложенными между контактными площадками и шинами напряжением, поверхностной проводимостью пленки воды и поляризационным сопротивлением на поверхности корродирующих электродов (контактных площадок и шин). Величина поверхностной проводимости достаточно велика (10 Сим), так как перенос зарядов в пленке воды в основном осуществляется за счет электролиза воды на ионы Н и ОН; (Ионные примеси Cl, К и др. быстро мигрируют к электродам и в установившемся процессе протекания тока через пленку воды участия не принимают). Основным фактором, ограничивающим ток через пленку воды, является возможность разряда ионов на поверхностях электродов. В обычных условиях алюминиевые электроды покрыты пленкой AlzOa, которая и препятствует разряду ионов. Процесс коррозии начинается с разрушения пленки A1$03, Происходит это следующим образом. Процесс на катоде описывается формулой:

Н++е- Нг Ф (1)

Выделение водорода приводит к локальному росту концентрации ионов OH в прикатодной области, что способствует созданию в ней щелочной среды. В свою очередь, щелочные свойства электролита приводят к разрушению (растворению) пленки AlzOz.

"0 При этом обнажается чистая поверхность

Ai, на которой облегчаются условия разряда

+ ионов Н, что приводит к резкому возрастанию тока через поверхностную пленку воды (как следует из проведенных эксперимен"5 тов, в 50-100 раз). Это сопровождается ростом тока потребления, в котором компонента тока становится преобладающей.

Дальнейшее развитие коррозионного процесса описывается формулой:

Ai +ОН -+ А((ОН)з . (2)

Гидроксид алюминия, выпадающий в. осадок, имеет рыхлую структуру, не препятствующую развитию коррозии, что приво25 дит к разрушению металлизации.

Следует отметить, что скорость процесса нейтрализации ионов водорода в прикатодной области, описываемого формулой (1)„в основном определяется скоростью проникновения электронов через пленку

AI20a, В свою очередь, эта скорость, сравнительно низкая для бездефектного слоя

А!гОз, резко возрастает при наличии примесей, механических нарушений и других дефектов в пленке АЬОз, В соответствии с изложенным выше, собственно началом коррозионного процесса следует считать момент разрушения пленки А120з, о котором свидетельствует

40 резкое увеличение тока потребления, а критерием коррозионной стойкости — время, прошедшее от начала испытаний, что на этом этапе, другие, общепринятые способы обнаружения проявлений коррозии(напри45 мер, микроскопическое обследование) неэффективны, так как существенного количества регистрируемых продуктов коррозии (А!(ОН)з) еще не имеется.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа. тем, что в процессе испытаний контролирует ток потребления испытуемых микросхем, .момент начала коррозии фиксируют по уве55 личению тока потребления на заданную величину, а о коррозионной стойкости судят по интервалу времени от начала испытаний до момента возрастания тока потребления.

1795386

25

40

Таким образом, заявленный способ соответствует критерию "новизна".

Известны технические решения, в которых используются признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого способа, Однако использование всех существенных признаков заявляемого технического решения в указанной их совокупности обеспечивает достижение новых свойств заявляемого технического решения — а именно получение возможности достоверной регистрации ранних проявлений процесса коррозии металлиэации, что способствует сокращению продолжительности испытаний, Значения параметров режима испытаний выбирают в пределах;, температура +120 — 145 С; относительная влажность 85-100 .

При этом избыточное давление, согласно уравнению Менделеева-Клайперона для замкнутого объема является функцией температуры и относительной влажности и лежит в пределах 1 — 2 атм, Браковочную норму по току потребления, при превышении которой фиксируется начало коррозионного процесса, целесообразного устанавливать в 20 — 50 раз выше статического тока потребления по ТУ.

Напряжение питания испытуемых микросхем целесообразно устанавливать порядка 60-70 от номинального по ТУ (например, для серии 564 — 10В) с целью сни. жения вероятности пробоя.

Выбранные значения параметров испытательного режима, браковочной нор-" мы и максимальной продолжительности испытаний с учетом требований по обеспечению производительности. и автомодельности могут быть уточнены путем испытаний нескольких выборок микросхем данного типа.

Формула изобретения

Способ испытаний интегральных микросхем, заключающийся в том, что испытуемые микросхемы помещают во влажную атмосферу при повышенной температуре, подключают электрический режим и выдерживают микросхемы в течение заданного времени в установившемся режиме, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности и сокращения продолжительности испытаний разгерметизированных KMOfl, интегральных схем с

В качестве испытательного оборудования может быть использован медицинский стерилизатор ВК вЂ” 75, обеспечивающий получение температуры до 110 — 130 С при влажности до 100 .

Состав атмосферы в испытательном объеме соответствует стандартному.

Регистрация тока может быть осуществлена как суммарно, по всем образцам испытуемых микросхем, так и индивидуально, по каждой из них. Для этого, например, может быть использован прибор Multlscript 3.

На чертеже приведен экспериментальный график изменения суммарного тока потребления микросхем типа 564 ЛЕ5 (5 шт.) при .избыточном давлении 1 атм., относительной влажности 1007ь и температуре

120 С. Перед испытаниями микросхемы разгерметизировались и распаивались согласно схеме измерения тока потребления в статическом режиме по ТУ на медные луженые оловом шины, После распайки места пайки тщательно промывались в спирте с целью удаления коррозионно-активных следов флюса. Затем микросхемы помещали в автоклав и после выхода на режим по внешним условиям подавали напряжение питания (10 В). Контроль тока потребления осуществлялся непрерывно. Начальное эначение тока потребления составляло 1-3 мкА, а по истечении 4-х часов испытаний превышало 3 мА.

С.целью оценки изменения компонент тока потребления, связанных с утечками (по

35 корпусу, поверхности кристалла и через обратносмещенные р-п-перехода), проводились испытания герметичных микросхем в указанных выше условиях. Продолжительность испытаний состевила 14 ч, За время испытаний ток потребления выборки из 5 шт. возрос с 1 — 2 мкА до 3 — 6 мкА, что намного (в сотни раз) меньше, чем вследствие развития коррозионного процесса. алюминиевыми электродами с момента достижения установившегося режима, осуществляют контроль тока потребления испытуемых микросхем, фиксируют момент начала развития коррозионного процесса по увеличению тока потребления на заданную величину, а о коррозионной стойкости испытуемых микросхем судят по длительности временного интервала от момента достижения установившегося режима до момента возрастания тока потребления.