RU2254587C1 - Method of selecting integral microcircuits for radiation stability and reliability - Google Patents
Method of selecting integral microcircuits for radiation stability and reliability Download PDFInfo
- Publication number
- RU2254587C1 RU2254587C1 RU2003137396/28A RU2003137396A RU2254587C1 RU 2254587 C1 RU2254587 C1 RU 2254587C1 RU 2003137396/28 A RU2003137396/28 A RU 2003137396/28A RU 2003137396 A RU2003137396 A RU 2003137396A RU 2254587 C1 RU2254587 C1 RU 2254587C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcircuit
- radiation
- reliability
- microcircuits
- supply voltage
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электронной техники, в частности предназначено для разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежности.The invention relates to the field of electronic engineering, in particular, is intended for the separation of integrated circuits by radiation resistance and reliability.
Известен способ отбора изделий электронной техники по стойкости или надежности [1], включающий формирование представительной «обучающей» выборки для каждого типа разбраковки из испытуемой партии изделий, облучение ее небольшой дозой, вызывающей значимое изменение не менее двух параметров, указанных в технических условиях или дополнительных, построение распределения изделий выборки по степени изменения параметров, вызванного облучением, отжиг до восстановления параметров и испытание выборки на радиационную стойкость до достижения не менее 50% отказов - в случае разбраковки испытываемой партии на радиационную стойкость; испытание выборки на медианный ресурс или в течение требуемой наработки на отказ или в течение времени, необходимого для определения требуемого ресурса - в случае разбраковки испытываемой партии на надежность; испытание выборки на надежность при комбинированном действии облучения, тепловых и электрических нагрузок до получения не менее 50% отказов - в случае разбраковки испытываемой партии по уровням наработки на отказ в условиях комбинированного действия дестабилизирующих факторов.A known method of selecting electronic products for durability or reliability [1], including the formation of a representative "training" sample for each type of sorting from the test batch of products, irradiating it with a small dose, causing a significant change in at least two parameters specified in the technical conditions or additional constructing the distribution of sample products according to the degree of change in parameters caused by irradiation, annealing until parameters are restored, and testing the sample for radiation resistance until n less than 50% of failures - in the case of presorting the test batch to the radiation resistance; testing the sample for a median resource either during the required time between failures or during the time necessary to determine the required resource - in the case of the rejection of the test batch for reliability; reliability testing of the sample under the combined action of radiation, heat and electric loads until at least 50% of failures are received - in the case of the test party being sorted by the mean time between failures under the combined action of destabilizing factors.
Указанный способ наряду с очевидными достоинствами, такими как классификация изделий по группам радиационной стойкости и (или) надежности при различных условиях эксплуатации по результатам испытаний «обучающей» выборки, имеет и недостатки, заключающиеся в необходимости испытаний на радиационную стойкость и надежность представительной выборки и в невозможности указания предельной дозы облучения индивидуально для каждого изделия.This method, along with obvious advantages, such as the classification of products by radiation resistance and (or) reliability groups under various operating conditions according to the results of tests of the “training” sample, also has drawbacks consisting in the need for radiation resistance tests and reliability of a representative sample and in the impossibility Indication of the maximum dose for each product.
Известен также способ контроля МОП полупроводниковых приборов и интегральных схем на пластинах [2], в котором предлагается включение операции «облучение - отжиг» между операциями выборочного и 100%-ного контроля изделий, что позволяет выявить потенциально надежные изделия и отбраковать потенциально ненадежные изделия.There is also a method of controlling MOS of semiconductor devices and integrated circuits on wafers [2], which proposes the inclusion of the operation "irradiation - annealing" between operations of selective and 100% control of products, which allows to identify potentially reliable products and reject potentially unreliable products.
Достоинством этого способа является индивидуальный контроль надежности каждого изделия на пластине. Однако этот способ не позволяет осуществить определение радиационной стойкости каждого изделия из-за невозможности проведения облучения в электрическом режиме.The advantage of this method is the individual control of the reliability of each product on the plate. However, this method does not allow the determination of the radiation resistance of each product due to the impossibility of conducting irradiation in the electric mode.
Наиболее близким аналогом - прототипом - изобретения является способ отбора радиационностойких изделий электронной техники [3], включающий облучение партии изделий, предназначенных для установки в бортовую аппаратуру, сравнительно небольшой дозой гамма-квантов или электронов с последующим отбором и исключением из партии приборов с наибольшими изменениями параметров. Возможно также облучение полной дозой, эквивалентной ожидаемой поглощенной дозе радиации в реальных условиях эксплуатации, и восстановление начальных параметров после облучения с помощью отжига при повышенной температуре.The closest analogue - the prototype - of the invention is a method for selecting radiation-resistant electronic equipment products [3], which includes irradiating a batch of products intended for installation in on-board equipment with a relatively small dose of gamma-quanta or electrons, followed by selection and exclusion from the batch of devices with the largest changes in parameters . It is also possible to irradiate with a full dose equivalent to the expected absorbed dose of radiation in real operating conditions, and restore the initial parameters after irradiation by annealing at elevated temperature.
Недостатком этого способа в части разделения изделий по изменению параметров при облучении малой дозой является невозможность определения дозы отказа, а в части облучения изделий до отказа - невозможность полного восстановления параметров при проведении длительного низкотемпературного отжига до первоначальных значений параметров изделий из-за накопления радиационных дефектов при облучении большой дозой, при которой возник отказ.The disadvantage of this method in terms of separation of products for changing parameters during low-dose irradiation is the inability to determine the dose of failure, and in terms of irradiating products to failure, the inability to completely restore the parameters during long-term low-temperature annealing to the original values of the product parameters due to the accumulation of radiation defects during irradiation a large dose at which a failure has occurred.
В заявляемом способе разделения интегральных микросхем по стойкости к воздействию ионизирующих излучений и надежности, включающем облучение партии микросхем малой дозой ионизирующего излучения (от нескольких крад до нескольких десятков крад), измерение их электрических параметров и последующий отжиг до стабилизации параметров, облучение проводят поэтапно с количеством этапов не менее двух, измеряют помимо стандартных параметров минимальное напряжение питания каждой микросхемы, при котором сохраняется ее функционирование, строят дозовые зависимости, описывающие изменение стандартных параметров и минимального напряжения функционирования под действием облучения, и с их помощью прогнозируют для каждой микросхемы дозу отказа, при которой хотя бы один стандартный параметр достигнет своего предельного значения или минимальное напряжение питания достигнет номинального значения напряжения питания микросхемы, а надежность микросхем определяют после их отжига по отклонению значения одного или нескольких стандартных параметров или минимального напряжения питания от их исходных значений до облучения.In the inventive method for separating integrated circuits by resistance to ionizing radiation and reliability, including irradiating a batch of microcircuits with a small dose of ionizing radiation (from several krad to several tens of krad), measuring their electrical parameters and subsequent annealing to stabilize the parameters, the irradiation is carried out in stages with the number of stages not less than two, in addition to standard parameters, the minimum voltage of each microcircuit is measured, at which its functioning is maintained, dependencies describing the change in standard parameters and the minimum operating voltage under the action of radiation, and with their help they predict for each microcircuit a failure dose at which at least one standard parameter reaches its limit value or the minimum supply voltage reaches the nominal value of the microcircuit's supply voltage, and reliability microcircuits are determined after their annealing by the deviation of the value of one or more standard parameters or the minimum supply voltage from their initial values before exposure.
При разработке способа исходили из того, что радиационная стойкость и надежность интегральных микросхем зависит от плотности дефектов пленок диэлектрика и на границе их с полупроводником. При облучении малой дозой (от нескольких крад до нескольких десятков крад) происходит накопление заряда на технологических дефектах, образовавшихся при изготовлении микросхемы, без значительного образования новых (радиационных) дефектов, что вызывает изменение стандартных параметров и минимального напряжения питания, при котором сохраняется функционирование микросхемы. Стандартные параметры определяются элементами на входах и выходах микросхемы, а минимальное напряжение питания характеризует работоспособность всех элементов микросхемы. Чем больше плотность дефектов, тем сильнее изменяются параметры микросхемы и тем при меньшей дозе будет достигнуто их предельное значение. Дозовая зависимость, параметры которой находятся для каждого образца микросхемы по результатам измерений после каждого этапа облучения стандартных параметров и минимального напряжения питания, при котором сохраняется функционирование, позволяет прогнозировать дозу отказа для каждого изделия в партии по достижению стандартными параметрами предельных значений и(или) минимальным напряжением питания номинального значения. При низкотемпературном отжиге происходит термический выброс заряда из точечных дефектов и сохранение его в крупных дефектах, которые находятся в образцах микросхем с аномально низкой надежностью [4]. Поэтому невосстановление параметров при отжиге позволяет выявить образцы микросхем с аномально низкой надежностью и, наоборот, полное восстановление или даже улучшение параметров свидетельствует о низкой плотности или отсутствии крупных дефектов и высоком уровне надежности.When developing the method, it was assumed that the radiation resistance and reliability of integrated circuits depends on the density of defects in the films of the dielectric and at the interface with the semiconductor. When irradiated with a small dose (from a few cradles to several tens of cradles), charge accumulates on technological defects formed during the manufacture of the microcircuit, without significant formation of new (radiation) defects, which causes a change in the standard parameters and the minimum supply voltage at which the functioning of the microcircuit is maintained. Standard parameters are determined by the elements at the inputs and outputs of the microcircuit, and the minimum supply voltage characterizes the performance of all elements of the microcircuit. The higher the density of defects, the stronger the parameters of the microcircuit change and the lower the dose, their limit value will be reached. The dose dependence, the parameters of which are found for each sample of the microcircuit according to the measurement results after each stage of irradiation with standard parameters and the minimum supply voltage at which operation is maintained, allows us to predict the dose of failure for each product in the batch when standard parameters reach the limit values and (or) minimum voltage power rating. During low-temperature annealing, a thermal discharge of a charge from point defects occurs and it is retained in large defects that are in microcircuit samples with an anomalously low reliability [4]. Therefore, the non-restoration of parameters during annealing makes it possible to identify microcircuit samples with abnormally low reliability and, conversely, a complete restoration or even improvement of parameters indicates a low density or absence of large defects and a high level of reliability.
В качестве примеров реализации предлагаемого способа приводим результаты исследования интегральных микросхем низкой (типа 564ИЕ14) и высокой (типа 28F020) степеней интеграции.As examples of the implementation of the proposed method, we present the results of a study of integrated circuits of low (type 564IE14) and high (type 28F020) degrees of integration.
По изменению минимального напряжения питания прогнозировалась предельная доза ионизирующего излучения КМОП интегральной микросхемы типа 564ИЕ14. На чертеже показана дозовая зависимость минимального напряжения питания (Uпит)мин этой микросхемы. По результатам измерения (Uпит)мин при дозах облучения менее 10 крад были определены параметры функции вида (Uпит)мин=ADn+(uпит)мин0, описывающей дозовую зависимость (Uпит)мин:n=0,512, А=0,664рад-0,512. При (Uпит)мин=5 В прогнозируемая доза отказа получилась равной Dотк=27,13 крад. Эксперимент показал отказ микросхемы при дозе 30 крад. Таким образом, погрешность предлагаемого способа прогнозирования дозы отказа в этом случае составила ~9,6%.Based on the change in the minimum supply voltage, the maximum dose of ionizing radiation of the CMOS integrated circuit type 564IE14 was predicted. The drawing shows the dose dependence of the minimum supply voltage (U pit ) min of this chip. According to the measurement results (U pit ) min at irradiation doses of less than 10 crad, the parameters of the function of the form (U pit ) min = AD n + (u pit ) min0 were determined , which describes the dose dependence (U pit ) min : n = 0.512, A = 0.664 glad -0.512 . When (U pit ) min = 5 V, the predicted dose of failure turned out to be equal to D open = 27.13 deg. The experiment showed a chip failure at a dose of 30 krad. Thus, the error of the proposed method for predicting the dose of failure in this case was ~ 9.6%.
Возможность прогнозирования дозы отказа по изменению (Uпит)мин проверялась также и на микросхемах высокой степени интеграции флеш-памяти типа 28F020 с объемом памяти 2 Мбит. Результаты измерения (Uпит)мин после облучения, результаты прогноза и экспериментальной проверки дозы отказа представлены в табл.1. Как можно видеть, погрешность прогноза не превышает 10%. Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить индивидуальную дозу отказа каждой микросхемы и произвести разделение партии микросхем по их радиационной стойкости.The ability to predict the dose of failure by change (U pit ) min was also tested on microchips with a high degree of integration of flash memory of type 28F020 with a memory capacity of 2 Mbit. The measurement results (U pit ) min after irradiation, the results of the forecast and experimental verification of the dose of failure are presented in table 1. As you can see, the forecast error does not exceed 10%. Thus, the proposed method allows to determine the individual failure dose of each microcircuit and to separate the batch of microcircuits according to their radiation resistance.
Результаты отжига микросхем флеш-памяти при температуре 90°С в течение 473 часов после облучения дозой 10 крад представлены в табл.2. Как видно, партия микросхем разделилась на 3 группы с высокой, средней и низкой плотностями крупных дефектов соответственно. Микросхемы с низкой плотностью крупных дефектов (или их отсутствием) характеризуются повышенным уровнем надежности, и такие образцы рекомендуются для использования в высоконадежной аппаратуре (например, в бортовой аппаратуре космических аппаратов). Микросхемы с высокой плотностью крупных дефектов должны быть отбракованы как характеризующиеся аномально низким уровнем надежности.The results of annealing flash memory chips at a temperature of 90 ° C for 473 hours after irradiation with a dose of 10 krad are presented in Table 2. As you can see, the batch of chips was divided into 3 groups with high, medium and low densities of large defects, respectively. Microcircuits with a low density of large defects (or their absence) are characterized by an increased level of reliability, and such samples are recommended for use in highly reliable equipment (for example, on-board equipment of spacecraft). Microcircuits with a high density of large defects should be rejected as characterized by an abnormally low level of reliability.
Таким образом, предлагаемый способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежности технологичен, позволяет определить для каждой микросхемы значение дозы отказа и уровень надежности и не ухудшает эксплуатационных характеристик интегральных микросхем.Thus, the proposed method for separating integrated circuits by radiation resistance and reliability is technologically advanced, it allows determining the value of the failure dose and reliability level for each microcircuit and does not impair the operational characteristics of the integrated circuits.
ЛитератураLiterature
1. Способ отбора изделий электронной техники по стойкости и надежности (Патент РФ №2168735, МКИ G 01 R 31/26, 31/28, опубликован 10.06.2001, бюл. №16).1. The method of selecting electronic products for durability and reliability (RF Patent No. 2168735, MKI G 01 R 31/26, 31/28, published June 10, 2001, bull. No. 16).
2. Способ контроля МОП-полупроводниковых приборов и интегральных схем на пластинах. (Патент РФ №2073254, МКИ G 01 R 31/26, опубликован 10.02.97, бюл. №4).2. A method for monitoring MOS semiconductor devices and integrated circuits on wafers. (RF patent No. 2073254, MKI G 01 R 31/26, published 02/10/97, bull. No. 4).
3. Чернышев А.А., Ведерников В.В., Галеев А.И., Горюнов Н.Н. Радиационная отбраковка полупроводниковых приборов и интегральных схем. - Зарубежная электронная техника. 1979. Вып.5. С.3-25.3. Chernyshev A.A., Vedernikov V.V., Galeev A.I., Goryunov N.N. Radiation rejection of semiconductor devices and integrated circuits. - Foreign electronic technology. 1979. Issue 5. S.3-25.
4. Попов В.Д. Пострадиационный эффект в ИС. Неразрушающий контроль качества ИС-электронника: Наука, Технология, Бизнес. 2002. №4. С.36-39.4. Popov V.D. Post-radiation effect in IP. Non-destructive quality control of electronic electronics: Science, Technology, Business. 2002. No4. S.36-39.
Способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежностиTable 1
The method of separation of integrated circuits by radiation resistance and reliability
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003137396/28A RU2254587C1 (en) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | Method of selecting integral microcircuits for radiation stability and reliability |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003137396/28A RU2254587C1 (en) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | Method of selecting integral microcircuits for radiation stability and reliability |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2254587C1 true RU2254587C1 (en) | 2005-06-20 |
Family
ID=35835914
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003137396/28A RU2254587C1 (en) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | Method of selecting integral microcircuits for radiation stability and reliability |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2254587C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444742C1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to sort cmos microcircuit chips manufactured on silicon-on-insulator structures by radiation resistance |
RU2495446C2 (en) * | 2011-10-17 | 2013-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to test semiconductor cmos/soi of lsi technology for resistance to effects of single failures from impact of heavy charged particles of space |
CN113611597A (en) * | 2021-08-05 | 2021-11-05 | 弘大芯源(深圳)半导体有限公司 | Method for manufacturing integrated circuit by adopting particle irradiation |
-
2003
- 2003-12-26 RU RU2003137396/28A patent/RU2254587C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЧЕРНЫШЕВ А.А. и др. Радиационная отбраковка полупроводниковых приборов и интегральных схем, Зарубежная электронная техника, 1979, вып.5, с.3-25. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444742C1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to sort cmos microcircuit chips manufactured on silicon-on-insulator structures by radiation resistance |
RU2495446C2 (en) * | 2011-10-17 | 2013-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to test semiconductor cmos/soi of lsi technology for resistance to effects of single failures from impact of heavy charged particles of space |
CN113611597A (en) * | 2021-08-05 | 2021-11-05 | 弘大芯源(深圳)半导体有限公司 | Method for manufacturing integrated circuit by adopting particle irradiation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7339390B2 (en) | Systems and methods for controlling of electro-migration | |
US10539612B2 (en) | Voltage contrast based fault and defect inference in logic chips | |
US8987010B1 (en) | Microprocessor image correction and method for the detection of potential defects | |
US20030120457A1 (en) | System and method for estimating reliability of components for testing and quality optimization | |
US6140832A (en) | Method of utilizing IDDQ tests to screen out defective parts | |
US10012687B2 (en) | Methods, apparatus and system for TDDB testing | |
WO2003036549A1 (en) | Apparatus and methods for managing reliability of semiconductor devices | |
Alam et al. | Statistically independent soft breakdowns redefine oxide reliability specifications | |
US10768222B1 (en) | Method and apparatus for direct testing and characterization of a three dimensional semiconductor memory structure | |
RU2254587C1 (en) | Method of selecting integral microcircuits for radiation stability and reliability | |
Wu | Facts and myths of dielectric breakdown processes—Part II: Post-breakdown and variability | |
KR100640637B1 (en) | Method for detecting time dependent dielectric breakdown failure of MOS transistor designed in circuit | |
Hiergeist et al. | Lifetime of thin oxide and oxide-nitride-oxide dielectrics within trench capacitors for DRAMs | |
Yeap et al. | A realistic method for time-dependent dielectric breakdown reliability analysis for advanced technology node | |
RU2311654C2 (en) | Method for dividing integration microchips on basis of radiation resistance and reliability | |
Martin et al. | An introduction to fast wafer level reliability monitoring for integrated circuit mass production | |
RU2364880C1 (en) | Method for presorting of cmos chips made on silicon-on-insulator structures, by resistance to radiation effect | |
Daasch et al. | Data-driven models for statistical testing: measurements, estimates and residuals | |
US20020187602A1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
van Duivenbode et al. | An empiric approach to establishing MOSFET failure rate induced by single-event burnout | |
Vollertsen et al. | Comprehensive gate-oxide reliability evaluation for DRAM processes | |
Gall et al. | Electromigration early failure distribution in submicron interconnects | |
London et al. | Use of voltage stressing at wafer probe for reliability predictions | |
Bolhan et al. | Effective Defect Screening of Integrated Large HV LDMOS Driver in Critical Automotive Application towards “Zero Defects” | |
Kho et al. | Determination of the stress level for voltage screen of integrated circuits |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131227 |
|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -MM4A- IN JOURNAL: 27-2014 |