RU1819352C

RU1819352C - Method of rejecting non-reliable integrated circuits

Info

Publication number: RU1819352C
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Воронцов; Игорь Евгеньевич Илюк; Константин Викторович Молчанов; Анатолий Иванович Остапчук; Иван Борисович Пенцак; Александр Николаевич Чекмезов
Original assignee: Завод "Позитрон"
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1993-05-30

Abstract

Изобретение относитс к электроизмерени м и контролю качества полупроводниковых приборов и интегральных схем. Цель изобретени - повышение эффективности отработки ненадежных ИС. Отбраковку производ т в следующей последовательности: сначала отбраковывают ИС по пробивному напр жению при нормируемом токе контрол , затем по пробивному напр жению при максимально допустимом токе и, наконец , определ ют котангенс угла наклона вольт-амперной характеристики на участке развити лавинного процесса и сравнивают его с эталонным значением. 3 ил.The invention relates to electrical measurements and quality control of semiconductor devices and integrated circuits. The purpose of the invention is to increase the efficiency of testing unreliable ICs. The rejection is carried out in the following sequence: first, the IC is rejected by the breakdown voltage at the normalized control current, then by the breakdown voltage at the maximum permissible current, and finally, the cotangent of the slope of the current – voltage characteristic in the avalanche process is computed and compared with reference value. 3 ill.

Description

Изобретение относитс к области электроизмерений и контрол качества полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС). Оно может быть использовано при производстве и применении комплементарных МОП (КМОП) ИС с заданным уровнем надежности.The invention relates to the field of electrical measurements and quality control of semiconductor devices and integrated circuits (ICs). It can be used in the production and application of complementary MOS (CMOS) ICs with a given level of reliability.

Цель изобретени - повышение эффективности отбраковки ненадежных ИС.The purpose of the invention is to increase the rejection efficiency of unreliable ICs.

Способ основан на проведении двух замеров с последующим сравнением с двум константами, нормируемым пробивным напр жением и значением котангенса угла наклона ВАК на участке развити лавинного процесса.The method is based on two measurements followed by comparison with two constants, normalized by the breakdown voltage and the value of the cotangent of the angle of inclination of the VAC in the development area of the avalanche process.

На фиг.1 изображены возможные варианты ВАХ при первом этапе отбраковки; на фиг.2 и 3 - последующие этапы отбраковки.Figure 1 shows the possible options for the CVC at the first stage of rejection; figure 2 and 3 - the subsequent stages of rejection.

На первом этапе при нормируемом стабильном токе контрол JN производ т замер соответствующего контролируемым ИС от 1 до N, пробивного напр жени U i. U 2, U 3..., U n. Полученные результаты сравнивают с имеющимс дл каждого типа приборов нормируемым пробивным напр жением UN. ИС со значени ми Un меньшими UN, отбраковываютс (см. фиг.1, крива 2, где U2 UN).At the first stage, at a normalized stable current, the control JN measures the breakdown voltage U i corresponding to the controlled IC from 1 to N. U 2, U 3 ..., U n. The results are compared with the normalized breakdown voltage UN available for each type of instrument. ICs with Un values less than UN are rejected (see Figure 1, curve 2, where U2 UN).

На втором этапе замер ют пробивные напр жени Ui, U2...Un при максимально допустимом токе INN. Результаты сравнивают со значением UN. ИС с величинами Un, меньшими UN, отбраковываютс (см. фиг.2, крива 1, где Ui UN).In the second step, the breakdown voltages Ui, U2 ... Un are measured at the maximum allowable current INN. The results are compared with a UN value. ICs with Un values less than UN are rejected (see Figure 2, curve 1, where Ui UN).

На третьем этапе отбираютс приборы с оптимальным (с точки зрени надежности) углом наклона ВАХ на участке развити лавинного процесса. Поскольку угол наклона а характеризуетс отношени ми:In the third stage, instruments are selected with the optimal (from the point of view of reliability) angle of inclination of the I – V characteristic in the area of development of the avalanche process. Since the angle of inclination a is characterized by the relations:

ёё

Ю OJ СЛYu OJ SL

hOhO

jJ jj

Ь аB a

Un Un Un un

INN - ININN - IN

ctg a . (см. фиг. 3)ctg a. (see Fig. 3)

физический смысл которых: Un -Un Диwhose physical meaning is: Un-un di

INN - IN ДIINN - IN DI

AR AR

где AR - величина изменени комплексного внутреннего сопротивлени ИС ча участке ВАХ между IN и INN. Очевидно, что изменение Л R может происходить как в сторону прироста сопротивлени (в случае, когда IV Un ), так и в сторону падени сопротивлени (в случае, когда U n ). Это обсто тельство предполагает учитывать абсолютные значени A R. Таким образомwhere AR is the magnitude of the change in the complex internal resistance of the IC on the portion of the CVC between IN and INN. Obviously, a change in Л R can occur both in the direction of the increase in resistance (in the case when IV Un), and in the direction of the drop in resistance (in the case when U n). This circumstance suggests taking into account the absolute values of A R. Thus,

IAR I ctg а.IAR I ctg a.

Поэтому на третьем этапе приборы со значени ми A R больше эталонной величины отбраковываютс .Therefore, in the third step, instruments with values of A R greater than the reference value are rejected.

Выбор величин стабильных токов контрол и эталонных значений обусловливаетс следующим. Нормируемый стабильный ток контрол IN выбирают дл каждого типа приборов таким, чтобы он соответствовал началу развити лавинного процесса по ВАХ, т.е. приходилс на начало относительно пр молинейного участка кривой;The selection of stable control currents and reference values is determined by the following. The normalized stable current control IN is chosen for each type of device so that it corresponds to the beginning of the development of the avalanche process according to the I – V characteristic, i.e. was at the beginning of a relatively rectilinear portion of the curve;

второй замер пробивного напр жени производ т при максимально допустимом токе INN, поскольку использование больших токов ведет к выходу отбраковываемых приборов из стро , а замеры при меньших токах привод т к уменьшению А I, что снижает точность определени величины аи вл етс существенным фактором при углах, близких к 90°. Под максимально допустимым током контрол INN здесь подразумеваетс такой ток, при котором наступает тепловое равновесие, т.е. энерги джоулева тепла, выдел емого на контролируемых р-п-пере- ходах, равна энергии отводимого тепла. При превышении энергии разогрева над отводимой р-л-переход разрушаетс . Предлагаемый метод вл етс неразрушающим; величину эталона, определ ющего угол наклона ВАХ на участке развити лавинного процесса дл конкретных типов приборов определ ют опытным путем, поскольку пробивное напр жение зависит как от топологических размеров полупроводниковых элементов и их ухода, так и от изменени технологических процессов изготовлени ИС. Дл этого приборы, отбракованные на первом и втором этапах, устанавливают на испытани на безотказность и по их результатам выбирают граничное значение ctg а, соответствующее стабильным приборам. При этом возможно разделение партий ИС по классам стабильности .the second measurement of the breakdown voltage is carried out at the maximum permissible current INN, since the use of high currents leads to the rejection of devices that are rejected, and measurements at lower currents lead to a decrease in A I, which reduces the accuracy of determining the value of a and is a significant factor at angles, close to 90 °. Here, by the maximum permissible current INN control is meant such a current at which thermal equilibrium sets in, i.e. the energy of the Joule heat released at the controlled pn junctions is equal to the energy of the heat removed. When the heating energy exceeds the removed p-l junction, it collapses. The proposed method is non-destructive; the value of the standard that determines the slope of the I – V characteristic in the avalanche process development area for specific types of devices is determined empirically, since the breakdown voltage depends on the topological dimensions of the semiconductor elements and their care, as well as on changes in the technological processes of manufacturing ICs. To this end, the devices rejected in the first and second stages are installed for reliability tests and the boundary value ctg a corresponding to stable devices is selected based on their results. At the same time, it is possible to divide IP batches into stability classes.

П р и м е р. На первом этапе у КМОП ИС серии 564 (564 ТМ2) проводилс замер величины пробивного напр жени при нормиру0PRI me R. At the first stage, the CMOS IC of the 564 series (564 TM2) measured the breakdown voltage at normal

55

00

55

00

55

00

55

00

55

емом стабильном токе контрол 1 мкА. Полученные результаты сравнивали с нормируемым , пробивным, равным дл данного издели 20 В. Приборы со значением пробивного напр жени , меньшим 20 В, отбраковывались . Затем на втором этапе замер лось пробивное напр жение при максимально допустимом стабильном токе 1000 мкА. Приборы со значением пробивного напр жени , меньшим 20 В, отбраковывались . На третьем этапе определ ют котангенс угла наклона ВАХ как отношение разницы второго и первого замеров пробивного напр жени к разнице второго и первого стабильных токов контрол (т.е. 999 мкА). Абсолютное значение полученного результата сравнивают с эталонным. Приборы со значени ми ctg а больше эталонной величины отбраковываютс .current stable control current 1 μA. The results were compared with a normalized breakdown value equal to 20 V for this product. Devices with a breakdown voltage less than 20 V were rejected. Then, at the second stage, the breakdown voltage was measured at a maximum permissible stable current of 1000 μA. Instruments with a breakdown voltage less than 20 V were rejected. In the third step, the slope of the I – V characteristic is determined as the ratio of the difference between the second and first measurements of the breakdown voltage to the difference between the second and first stable control currents (i.e. 999 µA). The absolute value of the result is compared with a reference. Instruments with ctg and greater than the reference value are rejected.

Дл получени значени критери ctg а. ИС 564 ТМ2, прошедшие первый и второй этап отбраковки, устанавливали дл испытани на надежность при 125°С на 500 ч.To obtain a criterion value of ctg a. The IS 564 TM2, having passed the first and second rejection stages, was installed for reliability testing at 125 ° C for 500 hours.

Данные испытаний сведены в таблицу.Test data are summarized in table.

Необходимо отметить, что, хот величина угла а и зависит от масштаба единиц, вз тых по оси абсцисс и ординат, в данном случае это обсто тельство не имеет значени , т.к. по сути дела ctg а вл етс приведенной величиной, завис щей от результатов испытани на надежность.It should be noted that, although the magnitude of the angle a depends on the scale of units taken along the abscissa and ordinates, in this case this circumstance does not matter, because in fact, ctg a is a given value depending on the results of a reliability test.

Приведенные в таблице значени позвол ют разделить упом нутые издели на три группы:The values given in the table allow us to divide these products into three groups:

При ctg а 0,1301 - особо стабильные; При ctg a - 0,1301 -0,2402-стабильные; При ctg а 0,2402 - нестабильные. When ctg a 0.1301 - especially stable; When ctg a is 0.1301-0.2402-stable; With ctg a, 0.2402 is unstable.

Использование предлагаемого способа позвол ет увеличить достоверность отбраковки за счет более полного представлени ВАХ в критери х, участвующих в процессе, что значительно повысит качество выпускаемых изделий.Using the proposed method allows to increase the reliability of the rejection due to a more complete representation of the I – V characteristics in the criteria involved in the process, which will significantly improve the quality of the manufactured products.

Claims

The claims

A method for rejecting unreliable CMOS ICs, in which test signals are supplied between the inputs and power lines of the CMOS IC, measuring two values of an informative parameter, comparing them with reference values, and performing rejection, characterized in that, in order to increase the efficiency of rejecting unreliability IC, breakdown voltages are used as informative parameters at the maximum permissible and normalized stable control current, the corresponding breakdown voltages and cat are used as reference values Gens angle of the current-voltage characteristics in the area of the avalanche development process, screening derivatives into the sequence: IP discarded by the breakdown voltage at

normalized control current, reject the IC according to the breakdown voltage at the maximum permissible current and determine the cotangent of the slope of the current-voltage characteristic at the development site of the avalanche process and compare it with the reference value.

Fig. /

and 2 and, and and

P

Enk

s

about

FIG. 2

Mind

Fig.Z

U

and; r and $ and u;

q it