RU2005308C1

RU2005308C1 - Method of accelerated testing of mos integrated microcircuits on plate

Info

Publication number: RU2005308C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Дмитриевич Попов; Игорь Иванович Катеринич; Феликс Михайлович Курин; Дмитрий Иванович Онопко; Дмитрий Анатольевич Оспищев
Original assignee: Московский Инженерно-Физический Институт
Priority date: 1991-01-09
Filing date: 1991-01-09
Publication date: 1993-12-30

Abstract

Сущность изобретени : способ ускоренных испытаний на надежности МОП-интегральных микросхем , который заключаетс в том, что объект контрол облучают ионизирующим излучением, получают информативный параметр, который сравнивают с полем допусков, делают вывод о годности объекта испытани отличительной особенностью которого вл етс предварительное определение необходимой дозы у-излучени , увеличивают значение полученной дозы у-излучени в 1,1 - 1,3 раза , а затем производ т отжиг в течение 3 мин и понижают температуру до комнатной в течение 30 мин, затем производ т контроль выбранных параметров объекта контрол 2 ил.SUMMARY OF THE INVENTION: a method for accelerated reliability testing of MOS integrated circuits, which consists in irradiating an object with ionizing radiation, an informative parameter is obtained, which is compared with a tolerance field, and it is concluded that a test object is suitable for which a preliminary determination of the required dose γ-radiation, increase the value of the received dose of γ-radiation by 1.1 - 1.3 times, and then anneal for 3 minutes and lower the temperature to room temperature for 30 minutes, then the selected parameters of the object of control 2 ill are monitored.

Description

Изобретение относитс к электронной технике, а точнее - к контролю надежности интегральных микросхем с МОП-структурой (МОП ИМС).The invention relates to electronic equipment, and more specifically to monitoring the reliability of integrated circuits with a MOS structure (MOS IC).

Изобретение эффективно может быть использовано в производстве МОП ИМС, включа БИС и СБИС.The invention can effectively be used in the manufacture of MOS ICs, including LSI and VLSI.

Известно применение способа ускоренных испытаний готовых ИМС (в корпусах) при повышенной температуре (Phllp J. Klass, Heating speeds microclrcuits screening, Aviation Week and Space Technol, 1976, v. 105, № 14, p. 57-68), Показано , что при отбраковке ненадежных микросхем при температуре 50°С длительность испытаний должна составл ть около 100 000 ч. при температуре 125°С - 1000 ч, а при температуре 200°С - 10 ч. Этот способ вл етс в насто щее врем стандартным в электрон- ной промышленности. Согласно ГОСТ 18725-83, испытани провод тс в течение - 500 ч при максимально допустимой рабочей температуре по ТУ.It is known to use the method of accelerated testing of finished ICs (in cases) at elevated temperatures (Phllp J. Klass, Heating speeds microclrcuits screening, Aviation Week and Space Technol, 1976, v. 105, No. 14, p. 57-68). It is shown that when rejecting unreliable microcircuits at a temperature of 50 ° C, the test duration should be about 100,000 hours at a temperature of 125 ° C - 1000 hours, and at a temperature of 200 ° C - 10 hours. This method is currently standard in electronic industry. According to GOST 18725-83, tests are carried out for - 500 hours at the maximum permissible operating temperature according to TU.

Применительно к МОП ИМС этот способ имеет существенный недостаток, заключа- ющийс в том, что используетс дорогосто щее оборудование со значительным потреблением энергии, а также издели в корпусах.With regard to the MOS-IC, this method has a significant disadvantage in that it uses expensive equipment with significant energy consumption, as well as products in cases.

Известен другой способ испытаний приборов с МОП-структурой (а. с. СССР № 1114992. кл. G 01 Р 31/26, 1982). в котором используетс нагрев и охлаждение издели и измерени электрических параметров МОП-структуры. Этот способ может быть реализован на пластине. Его недостатком применительно к МОП БИС и СБИС вл етс невозможность контрол электрических параметров элементов внутри микросхемы,There is another method of testing devices with a MOS structure (a.s. USSR No. 1114992. class G 01 P 31/26, 1982). which uses heating and cooling of the article and measuring the electrical parameters of the MOS structure. This method can be implemented on the plate. Its disadvantage in relation to MOS LSI and VLSI is the inability to control the electrical parameters of the elements inside the microcircuit,

Известен способ испытаний полупро- водниковых элементов на надежность на этапе, когда пластина еще не разрезана на отдельные кристаллы (патент ФРГ № 2833780, кл. Н 01 L 21/66. 1980). В этом способе испытани провод тс при повы- шенных значени х температуры и напр же- ни в течение 24 ч. Дл вы влени отказавших элементов на пластину дополнительно нанос тс токопровод щие дорожки, по которым подвод тс повышенные напр - жени . При выходе элементов из стро эти дорожки выгорают. После испытаний дополнительные дорожки стравливают.A known method of testing the semiconductor elements for reliability at the stage when the plate has not yet been cut into individual crystals (German patent No. 2833780, class H 01 L 21/66. 1980). In this method, tests are carried out at elevated temperatures and stresses for 24 hours. In order to identify failed elements, conductive tracks are additionally applied to the plate, along which increased voltages are applied. When elements fail, these tracks burn out. After testing, additional tracks are bled.

Недостатком этого способа вл ютс дополнительные операции нанесени и стравливани токопровод щих дорожек, изготовление специальных приспособлений дл подачи повышенного напр жени .The disadvantage of this method is the additional operations of applying and etching conductive paths, the manufacture of special devices for supplying increased voltage.

Наиболее близким по технической сущности и прин тым за прототип вл етс способ испытаний полупроводниковых ИМС до разделени подложки на кристаллы, включающий в себ задание коэффициента жесткости , св зывающего ток в подложку со сроком службы издели , который зависит от увеличени плотности поверхностных состо ний (ПС) на границе раздела Si-SlOa, и воздействие ионизирующего излучени (ИИ) до дозы, вызывающей отказ изделий (патент США ISfe 4816753, кл. G 01 Р 31/26, 324-158, опубл. 1989). Стро тс диаграммы зависимости дозы ИИ от коэффициента жесткости и производитс оценка срока службы приборов.The closest in technical essence and accepted for the prototype is a method for testing semiconductor ICs before dividing the substrate into crystals, which includes setting a stiffness coefficient that couples the current to the substrate with the life of the product, which depends on an increase in the density of surface states (PS) at the Si-SlOa interface, and exposure to ionizing radiation (II) to a dose causing product failure (U.S. Patent ISfe 4816753, CL G 01 P 31/26, 324-158, publ. 1989). Diagrams of the dependence of the dose of AI on the stiffness coefficient are constructed, and the service life of the devices is estimated.

Недостатком этого способа вл етс необходимость проведени дополнительных исследований дл установлени св зи срока службы издели с током в подложку, св занным с критической величиной плотности ПС. Кроме того, в способе не учитываетс роль объемных ловушечных центров вподзатвор- ном оксиде.The disadvantage of this method is the need for additional studies to establish a relationship between the life of the product and the current flowing into the substrate, which is associated with a critical value of PS density. In addition, the method does not take into account the role of volumetric trap centers in the undergrowth oxide.

Целью изобретени вл етс сокращение временных, материальных и энергетических затрат при ускоренных испытани х на надежность МОП ИМС.The aim of the invention is to reduce time, material and energy costs in accelerated tests for the reliability of MOS ICs.

За вленный способ удовлетвор ет критерию существенные отличи , т.к. установление св зи коэффициента жесткости с плотностью ПС и сроком службы по току в подложку ИМС заменено на установление зависимости между интенсивностью отказов и веро тностью их отказа при воздействии дозы ИИ с последующим низкотемпературным отжигом, и обеспечивает достижение положительного эффекта, выраженного целью изобретени . Описание достижени сходного эффекта за счет отказа от установлени св зи коэффициента жесткости с плотностью ПС и сроком службы по току в подложку ИМС в патентной и научно-технической литературе не найдено.The claimed method satisfies the criterion of significant differences, because establishing a relation between the stiffness coefficient and the density of substrates and the current life of the IC in the substrate has been replaced by establishing the relationship between the failure rate and the probability of their failure when exposed to a dose of AI followed by low-temperature annealing, and ensures the achievement of the positive effect expressed by the object of the invention. A description of the achievement of a similar effect due to the refusal to establish a connection between the stiffness coefficient and the PS density and the current life of the IC in the IC substrate was not found in the patent and scientific literature.

Сущность изобретени заключаетс в том, что ускоренные испытани на надежность МОП ИМС провод тс до разрезани пластины на кристаллы на основе установленной дл данного типономинала издели зависимости между веро тностью отказа при воздействии ИИ от уровн дозы ИИ в операции обучение - низкотемпературный отжиг. Контроль стандартных параметров МОП ИМС проводитс до и после операции облучение-отжиг в режимах и услови х , указанных в ТУ дл испытаний на надежность,The essence of the invention lies in the fact that accelerated reliability tests of MOSFETs are carried out before the plate is cut into crystals based on the relationship between the failure probability when the AI is exposed to the dose level of the AI in the training - low-temperature annealing operation. The control of the standard parameters of the MOSFET IC is carried out before and after the irradiation-annealing operation in the conditions and conditions specified in the technical specifications for reliability tests,

Такой способ ускоренных испытаний обеспечивает сокращение длительности испытаний МОП ИМС, материальных затрат на посадку в корпус ненадежных изделий иThis method of accelerated testing provides a reduction in the duration of tests of the MOS IC, material costs for landing in the case of unreliable products and

энергетических затрат на длительную выдержку их при повышенных температурах в электрическом режиме, Кроме того, такой способ обеспечивает 100%-ный контроль надежности выпускаемых изделий.energy costs for their long exposure at elevated temperatures in electric mode. In addition, this method provides 100% control of the reliability of manufactured products.

В основе предлагаемого способа ускоренных испытаний МОП ИМС на надежность положены следующие физические принципы, Воздействие ИИ приводит к разрыву напр женных валентных св зей вследствие так называемых подпороговых механизмов дефектообразовани . В результате этого происходит деградаци полупроводниковых приборов. Причем процесс дефектообрэзовани идет не только на границе раздела полупроводник - оксид (образование ПС), но и в приповерхностной области полупроводника и в объеме пленки оксида. Процесс подпорогового. дефектообразовани , вызывающий деградацию полупроводниковых приборов, происходит и при повышенных температурах. Однако в этом случае скорость его значительно меньше , и требуетс длительное врем испытаний . Отжиг после облучени устран ет дефекты, которые со временем исчезают. Этот же процесс наблюдаетс при повышенных температурах во времени (см. Герасимов А. Б., Ангина Н. Р., Умангишвили Л. И. и др. Зарубежна электронна техника, 1979, вып. 1 (196), с. 3-47, рис, 1). Пример. Проводились ускоренные испытани МОП ИМС типа КМ 132 РУ 5 при воздействии гамма-лучей от источника Со в диапазоне доз 2,5 -104 - 11,1 -104 раз (SI) с последующим отжигом при +400°С в течение 60 мин. Получен график -зависимости верхней оценки веро тности отказов qy отThe following physical principles are the basis of the proposed method for accelerated testing of MOS ICs for reliability. The effect of AI leads to the breaking of valence bonds due to the so-called subthreshold defect formation mechanisms. As a result of this, degradation of semiconductor devices occurs. Moreover, the process of defect forming takes place not only at the semiconductor-oxide interface (PS formation), but also in the near-surface region of the semiconductor and in the bulk of the oxide film. Subthreshold process. defect formation causing degradation of semiconductor devices also occurs at elevated temperatures. However, in this case, its speed is much lower, and a long test time is required. Annealing after irradiation eliminates defects that disappear with time. The same process is observed at elevated temperatures over time (see Gerasimov A.B., Angina N.R., Umangishvili L.I. et al. Zarubezhnye elektronnaya tekhnika, 1979, issue 1 (196), pp. 3-47 , rice, 1). Example. Accelerated tests of the MOS IC of type KM 132 RU 5 were carried out under the influence of gamma rays from a source of Co in a dose range of 2.5 -104 - 11.1 -104 times (SI), followed by annealing at + 400 ° C for 60 minutes. A graph is obtained of the dependence of the upper estimate of the probability of failure qy on

дозы ИИ в операции облучение - отжиг, который представлен на фиг. 1,doses of AI in the operation of irradiation - annealing, which is shown in FIG. 1,

В соответствии с заданным значениемAccording to the set value

веро тности отказов qm, предельно допу5 стимым в режиме испытаний на надежностьfailure probability qm maximally permissible in the reliability test mode

в течение 500 ч и рассчитанным, исход изfor 500 hours and calculated, based on

К плана контрол по ТУ (qm -Е 0,92/15 To the control plan for technical specifications (qm -E 0.92 / 15

0,06, где Кр - коэффициент, выбираемый 0 по ГОСТ;25359-82 в зависимости от установленного допустимого числа отказов А и значени доверительней веро тности р0.06, where Кр is a coefficient selected by 0 according to GOST; 25359-82 depending on the established allowable number of failures A and the confidence value p

(дл А 0, ,6, ,92)ип-количество(for A 0,, 6,, 92) un-quantity

5 изделий при испытани х определ етс q у - qm по зависимости на фиг. 1 - нижний уровень дозы ИИ (не менее 5.3 -104 рад), В данном примере рекомендуемый режим ускоренных испытаний: доза5 test items are determined by q y - qm according to FIG. 1 - lower dose level of AI (not less than 5.3 -104 rad), In this example, the recommended accelerated test mode: dose

0 ИИ 6,5 10 рад (Si) с последующим отжигом при +400°С в течение 60 мин. Врем подъема температуры до +400°С и врем охлаждени до комнатной температуры равны и составл ют по 30 мин. Сравнение со0 AI 6.5 10 rad (Si) followed by annealing at + 400 ° С for 60 min. The time for raising the temperature to + 400 ° C and the time for cooling to room temperature are equal to 30 minutes each. Comparison with

5 стандартными испытани ми на надежность в течение 500 ч при температуре +1000°С показывает, что коэффициент ускорени возрос с 2,5 до 200. Экономи материальных и энергетических затрат не оценивалась,5 standard tests for reliability for 500 h at a temperature of + 1000 ° C shows that the acceleration coefficient increased from 2.5 to 200. The savings in material and energy costs were not estimated,

0 Коррел ци результатов, ускоренных испытаний по предложенной и стандартной методикам показаны на фиг. 2. Коэффициент коррел ции составл ет Ккор 0,96.0 Correlations of results, accelerated tests by the proposed and standard methods are shown in FIG. 2. The correlation coefficient is 0.96 Cor.

5 (56) Авторское свидетельство СССР № 1114992,кл. G 01 R 31/26,1982,5 (56) Copyright certificate of the USSR No. 1114992, cl. G 01 R 31 / 26.1982,

Патент США № 4815753, кл. G 01 R 31/26, 1989.US patent No. 4815753, CL. G 01 R 31/26, 1989.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION METHOD FOR ACCELERATED TESTING OF MOS-INTEGRATED ICS ON A PLATE, in accordance with which the test object is irradiated with ionizing radiation, an informative parameter is obtained that is compared with the tolerance field, a conclusion is made on the validity of the test object, characterized in that, in order to improve the speed and speed the test process by reducing the time, material and energy costs, pre-determine the dose required for testing the γ-radiation for a given type of object tests as follows: the test object is irradiated with γ-radiation in a dose range of 2.5 10

11.1 10 rad (Si), cobalt - 60 (Co60) is chosen as the radiation source, then annealed at 400 C for 60 min, then the selected parameters of the test object are monitored, and the experimental dependence of the failure probability on the dose is obtained ) radiation.

from the technical conditions, the table value of the maximum permissible probability of failure of the test object is determined, which is used to determine the optimal x-radiation dose of the test from the experimentally obtained dependence on the probability of failure, the resulting value of the radiation) radiation is increased by 1.1 1.3 times, and use it in tests that are performed as follows: irradiate the test object

the obtained value of the dose of gamma radiation for 30 minutes. they are produced by annealing. They are annealed for 30 minutes, the role of the selected parameters of the object

JOlGI-n - .... „,.

then

the temperature is lowered to the test rooms.

.

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

q 0.06

/

4E + 0046E-U04 8Ef004

FIG. 1 y

0.14

0.12

0.10

0.06

0.06 0.04

0.02

1Et005