МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ИИСТ

отчет

Индивидуальное задание

по дисциплине «Надежность и качество средств измерений»

Тема: Надежность интегральных схем

Студент гр. 9587		Медведев Г.Н.
Преподаватель		Бишард Е.Г.

Санкт-Петербург

2022

ЗАДАНИЕ

Студент: Медведев Глеб Николаевич
Группа: 9587
Тема работы: Надежность интегральных схем
Исходные данные: Данная тема, требования к содержанию и оформлению, список вспомогательной литературы.
Содержание пояснительной записки: «Содержание», «Введение», «Выполнение индивидуального задания» «Заключение» и «Список использованных источников».
Дата выдачи задания: 24.09.2022
Дата сдачи задания: 24.12.2022
Студент		Медведев Г.Н.
Преподаватель		Бишард Е.Г.

Аннотация

В данном индивидуальном задании требуется раскрыть тему «Надежность интегральных схем»

SUMMARY

In this individual task it is required to reveal the topic «Reliability of integrated circuits»

Содержание

Y

ВВЕДЕНИЕ

Цель данного индивидуального задания – описать: основные понятия и принципы проверки надежности интегральных схем; основные виды и причины отказов; испытания, проводимые над интегральными схемами; перечислить методы расчета надежности и этапы контроля качества.

1. ВЫПОЛНЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

1.1 Общее представление об отказах интегральных схем

Рассмотрение вопроса надежности интегральных следует начать с обозначения основных причин выхода интегральных схем из строя.

Отказ - нарушение работоспособности объекта, при котором система или элемент перестает выполнять целиком или частично свои функции.

1.2 Физические причины отказов интегральных схем

По физическим причинам отказы условно можно разделить на три категории:

1. Объемные – связаны с явлениями в объеме полупроводникового кристалла;

2. Поверхностные – обусловлены явлениями на поверхности кристалла;

3. Контактные – обусловлены нарушением контактных соединений и обрывом пленочных проводников.

Объемные отказы можно объяснить появлением или развитием в процессе эксплуатации ИС структурных несовершенств кристалла: дислокаций, дефектов упаковки, микротрещин, и т.п., либо перераспределением легирующих примесей в объеме кристалла. Влияние такого рода отклонений структуры материала возрастает при уменьшении размеров элементов и увеличении плотности упаковки.

Перераспределение легирующих примесей: движение дислокаций, распад твердых растворов, рекристаллизация, и т.п. приводят к деградации свойств эпитаксиальных и диффузионных слоев. Указанные процессы приводят к изменению концентрации, подвижности, времени жизни носителей заряда, что, в свою очередь, отражается в увеличении токов утечки, снижении напряжения пробоя, ухудшению быстродействия микросхем.

Поверхностные отказы вызваны изменением характеристик системы Si-SiO2:

1. Величины подвижного и неподвижного заряда в оксиде;

2. Стабильности заряда в оксиде при воздействии электрического поля и повышенной температуры;

3. Скорости поверхностной рекомбинации в полупроводнике.

Наиболее чувствительны к состоянию оксида металл-оксид-полупроводник (МОП) структуры, в которых оксид является рабочим элементом микросхемы, и поверхностная миграция носителей заряда приводит к изменению порогового напряжения – одной из основных электрических характеристик схемы.

Повышенная миграционная подвижность ионов возникает при недостаточной очистке пластины перед окислением, при внесении загрязнений в процессе окисления, при большой плотности дефектов в оксидной пленке.

Для стабилизации поверхности применяется легирование оксида фосфором. Возникающий при этом слой фосфорно-силикатного стекла (ФСС) является барьером, препятствующим накоплению ионов у границы раздела.

Контактные отказы обычно проявляются как обрыв электрической цепи, либо как увеличение сопротивления.

Взаимодействие между разнородными материалами, применяемыми для формирования контактов, приводит к скоплению вакансий в различных областях, либо к образованию областей на границе раздела с электроизолирующими свойствами.

Самые распространенные виды отказов:

1. Обрыв сварного соединения. Причины отказа – недостаточная механическая прочность сварного соединения; образование интерметаллических соединений; превышение допустимого уровня механических нагрузок. По статистике доля отказов данного типа составляет 20% от общего числа отказов;

2. Обрыв тонкопленочных проводников и резисторов. Причины: механические повреждения, подтравы, некачественная защита ступенек рельефа; превышение допустимого уровня тока; коррозия. Доля данного типа отказов составляет 20%;

3. Короткое замыкание и повышенный ток утечки. Причины: Загрязнение диэлектрических пленок или корпуса; дефекты диэлектрика превышение допустимого уровня напряжений. Доля данного типа отказов 22%;

4. Дефекты фотолитографии. Причины: Ложная диффузия; неполное удаление фоторезиста. Доля данного типа отказов 10%;

5. Объемные дефекты кристалла. Причины: смыкание диффузионных слоев в транзисторах с тонкой базой; пробои в местах локальных дефектов структуры. Доля данного типа отказов 10%;

6. Прочие: механические повреждения гибких проводников; инородные частицы в корпусах; некачественная посадка кристалла на основание; разгерметизация корпуса. Доля данного типа отказов 18%.