RU2375719C1 - Method for radiation-induced determination of potentially unstable semiconductor products - Google Patents
Method for radiation-induced determination of potentially unstable semiconductor products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2375719C1 RU2375719C1 RU2008126790/28A RU2008126790A RU2375719C1 RU 2375719 C1 RU2375719 C1 RU 2375719C1 RU 2008126790/28 A RU2008126790/28 A RU 2008126790/28A RU 2008126790 A RU2008126790 A RU 2008126790A RU 2375719 C1 RU2375719 C1 RU 2375719C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- products
- annealing
- radiation
- testing
- scp
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытаний изделий электронной техники, преимущественно изделий микро- и наноэлектроники, применяемых в аппаратуре с длительными сроками эксплуатации.The invention relates to the field of testing electronic products, mainly micro and nanoelectronics products used in apparatus with long life.
Известны методы оценки соответствия требованиям по надежности изделий электронной техники по ГОСТ В 20.57.4004-81 "Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнического военного назначения. Методы соответствия требованиям по надежности". Этот стандарт предусматривает выявление в ходе испытаний катастрофических отказов, наступающих у изделий из-за нарушения технологии их изготовления и несовершенства конструкции.Known methods for assessing compliance with the requirements for the reliability of electronic products according to GOST B 20.57.4004-81 "Products of electronic equipment, quantum electronics and military electrical equipment. Methods of compliance with the requirements for reliability." This standard provides for the identification during testing of catastrophic failures occurring in products due to a violation of their manufacturing technology and design imperfections.
Испытания изделий проводят в предельно допустимых электрических режимах эксплуатации и при температуре, максимально допустимой для данного вида изделий, и регистрируют изменение заданных (критериальных) параметров. Продолжительность испытаний указывается в технических условиях для данного изделия.Testing of products is carried out in the maximum permissible electrical operating conditions and at a temperature maximum permissible for this type of product, and the change in the set (criteria) parameters is recorded. The duration of the tests is indicated in the specifications for this product.
Однако результаты указанных испытаний недостаточно достоверны вследствие наличия в изделиях скрытых структурных дефектов, которые не могут быть выявлены указанными испытаниями, т.к. они не сказываются на изменении критериальных параметров изделий, следовательно, не подаются измерению и контролю. В результате признанные успешно прошедшими испытания изделия могут в условиях длительных сроков эксплуатации не обеспечивать необходимый ресурс и выйти из строя раньше заданного срока эксплуатации. Способ, предлагаемый в патенте США №4816753 G01R 31/26 от 28.03.89, предназначен для ускорения испытаний изделий на надежность. Для этого стимулируют старение интегральных схем, в частности МОП интегральных схем, путем воздействия на них дозой ионизирующего излучения (рентгеновские лучи, поток нейтронов и др.) и устанавливают корреляционную зависимость радиационной стойкости и срока службы изделия. В результате воздействия дозой ионизирующего излучения в окисных слоях устройства стимулируется большое количество электронно-дырочных пар, которые захватываются ловушками на границе раздела, что приводит к выходу из строя прибора в течение относительно короткого времени.However, the results of these tests are not reliable enough due to the presence of hidden structural defects in the products that cannot be detected by these tests, because they do not affect the change in the criterial parameters of the products, therefore, are not subject to measurement and control. As a result, products recognized as having successfully passed tests may not provide the necessary resource under long-term operating conditions and fail before the specified life. The method proposed in US patent No. 4816753 G01R 31/26 from 03/28/89, is designed to accelerate reliability testing of products. For this, the aging of integrated circuits, in particular, MOS integrated circuits, is stimulated by exposure to them with a dose of ionizing radiation (x-rays, neutron flux, etc.) and a correlation dependence of radiation resistance and product life is established. As a result of exposure to a dose of ionizing radiation in the oxide layers of the device, a large number of electron-hole pairs are stimulated, which are captured by traps at the interface, which leads to failure of the device within a relatively short time.
Первоначально на этапе калибровки одну группу изделий подвергают электрическому старению, т.е. воздействию электрических нагрузок до отказа прибора, который наступает в результате деградации ловушек на границе раздела и измеряют время жизни изделия в зависимости от тока подложки. Измерение токов подложки и времени жизни изделий на этапе их электрического старения производится для изделий, изготовленных по различным технологическим процессам и имеющим различные геометрические размеры, в частности различную ширину. На основании полученных данных по соответствующей математической формуле, учитывающей ширину прибора, определяют коэффициент радиационной стойкости.Initially, at the calibration stage, one group of products is subjected to electrical aging, i.e. exposed to electrical loads until the failure of the device, which occurs as a result of degradation of traps at the interface and measure the product life time depending on the substrate current. The measurement of the substrate currents and the lifetime of the products at the stage of their electrical aging is carried out for products manufactured by various technological processes and having different geometric dimensions, in particular a different width. On the basis of the data obtained by the appropriate mathematical formula, taking into account the width of the device, determine the coefficient of radiation resistance.
Затем собственно на этапе испытаний интегральные схемы другой группы подвергают воздействию ионизирующего излучения для имитации деградации ловушек на границе раздела. Дозу излучения увеличивают до критической, при которой число ловушек на границе раздела приводит к отказу интегральной схемы. Сравнивая измеренную критическую дозу излучения с коэффициентом радиационной стойкости, можно предсказать срок службы изделия за очень короткое время испытаний. Недостатком данного способа является то, что он является разрушающим, т.к. выявление эмпирической зависимости срока службы прибора от уровня его радиационной стойкости предполагает воздействие на пластину разрушающей дозой ионизирующего излучения. Наиболее близким способом является способ, предлагаемый в патенте РФ №2100817 G01R 31/26 от 27.12.97. В предлагаемом способе испытаний на надежность изделий электронной техники первую группу изделий подвергают сначала воздействию электрических нагрузок, а затем первую и вторую группы изделий подвергают воздействию ионизирующим излучением, измеряют заданные параметры изделий обеих групп, по которым судят о результатах испытаний. Обе группы изделий выбирают из одной испытуемой партии. Дозу ионизирующего излучения для изделий обеих групп устанавливают предельно допустимой, неразрушающей для данного вида изделий, а электрическая нагрузка для изделий первой группы устанавливается в пределах заданных эксплуатационных условий, рассчитывают среднестатистическое значение заданных параметров изделий в каждой группе, по результатам сравнения которых судят о результатах испытаний. Недостатком предлагаемого способа является применение дополнительных электрических нагрузок, что увеличивает трудоемкость и энергозатраты способа.Then, at the test stage, the integrated circuits of another group are exposed to ionizing radiation to simulate the degradation of traps at the interface. The radiation dose is increased to critical, at which the number of traps at the interface leads to the failure of the integrated circuit. By comparing the measured critical radiation dose with the radiation resistance coefficient, the product life can be predicted in a very short test time. The disadvantage of this method is that it is destructive, because the identification of the empirical dependence of the service life of the device on the level of its radiation resistance suggests the impact on the plate of a destructive dose of ionizing radiation. The closest method is the method proposed in the patent of the Russian Federation No. 2100817 G01R 31/26 from 12/27/97. In the proposed method for testing the reliability of electronic products, the first group of products is first exposed to electrical loads, and then the first and second groups of products are exposed to ionizing radiation, the specified parameters of the products of both groups are measured, which are used to judge the test results. Both groups of products are selected from one test batch. The dose of ionizing radiation for products of both groups is set to the maximum permissible, non-destructive for this type of product, and the electric load for products of the first group is set within the specified operating conditions, the average statistical value of the specified product parameters in each group is calculated, the results of the tests are compared by comparison. The disadvantage of the proposed method is the use of additional electrical loads, which increases the complexity and energy consumption of the method.
Изобретение направлено на повышение достоверности и уменьшение времени испытаний.The invention is aimed at increasing reliability and reducing test time.
Это достигается тем, что для определения потенциально нестабильных полупроводниковых изделий (ППИ) замеряют диагностические параметры изделий, воздействие ионизирующим излучением на ППИ, отжигают изделия при максимально-допустимой или предельно допустимой температуре для данного типа изделия по техническим условиям (ТУ), при этом замер диагностических параметров проводят до воздействия ионизирующим излучением, после воздействия и после отжига, повторяют несколько раз цикл воздействия ионизирующее излучение - отжиг, причем количество циклов зависит от типа ППИ, определяют постоянную отжига и по ее значениям разделяют изделия по уровню стабильности.This is achieved by the fact that in order to determine potentially unstable semiconductor products (PPI), the diagnostic parameters of the products are measured, the effect of ionizing radiation on the PPI is measured, products are annealed at the maximum permissible or maximum permissible temperature for this type of product according to technical specifications (TU), while diagnostic parameters are carried out before exposure to ionizing radiation, after exposure and after annealing, the ionizing radiation is repeated several times - annealing, and about cycles depends on the type of PPI, determine the annealing constant and according to its values the products are divided according to the level of stability.
Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:
Вначале проводят предварительные испытания, в ходе которых определяют критериальные параметры и временные интервалы замеров электропараметров. Определяют временные точки замеров электропараметров. Находят значение дозы ионизирующего излучения, которой необходимо воздействовать на данное ППИ, в зависимости от типа изделия. Определяют температуру отжига радиационных дефектов и количество циклов воздействия облучение - отжиг. Кривые зависимости критериальных параметров от времени отжига изменяются по закону экспоненты и описываются формулой:Initially, preliminary tests are carried out, during which criteria criteria and time intervals for measuring electrical parameters are determined. Determine the time points of measurements of electrical parameters. Find the value of the dose of ionizing radiation, which must act on this PPI, depending on the type of product. Determine the temperature of annealing of radiation defects and the number of cycles of exposure to radiation - annealing. The curves of the dependence of the criterial parameters on the annealing time vary according to the law of the exponent and are described by the formula:
, ,
где U - значение электропараметра в момент времени t;where U is the value of the electric parameter at time t;
U0 - начальное значение электропараметра;U 0 is the initial value of the electric parameter;
R - постоянная отжига.R is the constant annealing.
Постоянная отжига - это величина, которая численно равна времени, в течение которого параметр изменяется в е раз.The annealing constant is a quantity that is numerically equal to the time during which the parameter changes e times.
По результатам измерений контрольной выборки ППИ находят арифметически среднее и также среднеквадратическое отклонение постоянной отжига по известным формулам из математической статистики.According to the measurement results of the control sample, the PPI find the arithmetic mean and also the standard deviation of the annealing constant according to well-known formulas from mathematical statistics.
Всю партию ППИ разделяют по уровню стабильности или надежности по следующему критерию:The entire batch of PPI is divided by the level of stability or reliability according to the following criteria:
если значение постоянной отжига ППИ попадает в интервал значений R±tα,mσR, то изделие потенциально надежно;if the value of the constant annealing of PPI falls into the range of values R ± t α, m σR, then the product is potentially reliable;
где tα,m - коэффициент Стьюдента;where t α, m is the student coefficient;
σR - среднеквадратичное отклонение постоянной отжига.σR is the standard deviation of the annealing constant.
Для контрольной группы ППИ необходимо провести электротермотренировку и сравнить результаты тренировки с результатами способа.For the control group PPI it is necessary to conduct electrotraining and compare the results of the training with the results of the method.
ПримерExample
В качестве объекта исследований были выбраны интегральные микросхемы (ИМС) 530ИР18 - шестиразрядный параллельный регистр с Д триггерами, выполненный по изопланарной технологии, и 1804ВС1 - микропроцессор, выполненный по технологии с изоляцией элементов p-n-переходом.Integrated microcircuits (ICs) 530IR18, a six-bit parallel register with D flip-flops made by isoplanar technology, and 1804BC1, a microprocessor made by technology with isolation of elements by a p-n junction, were chosen as the object of research.
Вначале были проведены предварительные испытания, в ходе которых определялись диагностические параметры и временные интервалы их замера. Для этого интегральные микросхемы (ИМС) подвергались облучению до дозы 107 Р и последующему отжигу в течение 6 часов, с замерами полного функционального параметрического контроля через каждые 3 минуты. Температура отжига выбиралась +125°С и +150°С (максимально допустимая и предельно допустимая температуры эксплуатации ИС по ТУ соответственно).Initially, preliminary tests were conducted, during which diagnostic parameters and time intervals for their measurement were determined. To do this, integrated circuits (ICs) were irradiated to a dose of 10 7 P and subsequent annealing for 6 hours, with measurements of full functional parametric control every 3 minutes. Annealing temperature was selected + 125 ° C and + 150 ° C (the maximum allowable and maximum permissible operating temperatures of the IC according to the technical specifications, respectively).
В ходе предварительных испытаний был выбран параметр, имеющий максимальное отклонение - выходной ток низкого уровня. Высокая информативность этого электропараметра обусловлена тем, что он пропорционален коэффициенту усиления выходного транзистора, который обладает наибольшей чувствительностью к излучению, т.к. он имеет максимальные размеры и в силу этого наиболее подвержен воздействию радиации.During preliminary tests, a parameter was selected that has a maximum deviation - low-level output current. The high information content of this electric parameter is due to the fact that it is proportional to the gain of the output transistor, which has the greatest sensitivity to radiation, because it has maximum dimensions and is therefore most susceptible to radiation.
Для исследований формировались выборки по 20 штук ИС каждого типономинала, каждая из которых испытывалась до дозы 1,6∙107 и 107 Р. Одна половина каждой выборки отжигалась при температуре +125°C, вторая - при температуре +150°С, тем самым исследовалась зависимость кинетики отжига от температуры отжига. Цикл облучения применялся трех- и пятикратный.For studies, samples of 20 pieces of IP of each type-nominal were formed, each of which was tested up to a dose of 1.6 ∙ 10 7 and 10 7 P. One half of each sample was annealed at a temperature of + 125 ° C, the second at a temperature of + 150 ° C, The dependence of the annealing kinetics on the annealing temperature was studied by themselves. The irradiation cycle was applied three and five times.
По результатам эксперимента рассчитаны среднеарифметические значения постоянных отжига, приведенных в таблице.According to the results of the experiment, the arithmetic mean values of the annealing constants are given in the table.
Из таблицы видно, постоянная отжига в общем случае зависит от технологии ИС, уменьшается с увеличением кратности облучения и стремится к некоторой постоянной величине, увеличение температуры отжига приводит к уменьшению постоянной отжига, и, наоборот, увеличение дозы облучения приводит к увеличению постоянной отжига и наоборот.The table shows that the annealing constant in the general case depends on the IC technology, decreases with an increase in the irradiation factor and tends to a certain constant value, an increase in the annealing temperature leads to a decrease in the annealing constant, and, conversely, an increase in the radiation dose leads to an increase in the annealing constant and vice versa.
Используя результаты 4 и 5 ступеней испытаний, т.к. они приблизительно одинаковы, и рассчитав по результатам испытаний среднеквадратические отклонения для данной выборки ИС, можно построить доверительный интервал для постоянной отжига, в котором данные ИС будут потенциально надежны.Using the results of 4 and 5 test levels, as they are approximately the same, and by calculating the standard deviations for a given sample of ICs from the test results, we can construct a confidence interval for constant annealing in which the IP data will be potentially reliable.
Объяснить результаты предлагаемого способа можно следующей качественной моделью. При радиационном воздействии в активных областях транзисторов ИС накапливаются комплексы радиационных дефектов, концентрация которых прямо пропорциональна дозе облучения. Радиационные дефекты имеют глубокие уровни в запрещенной зоне кремния и поэтому, обладая высокой генерационно-рекомбинационной активностью, служат причиной деградации электропараметров ИС. Отжиг при повышенной температуре способствует распаду радиационных дефектов и восстановлению параметров ИС до облучения.The results of the proposed method can be explained by the following qualitative model. During radiation exposure, complexes of radiation defects accumulate in the active areas of IC transistors, the concentration of which is directly proportional to the radiation dose. Radiation defects have deep levels in the band gap of silicon and, therefore, having high generation and recombination activity, cause degradation of the IP parameters. Annealing at elevated temperature promotes the decay of radiation defects and the restoration of IP parameters before irradiation.
С увеличением температуры отжига процесс распада дефектов увеличивается, параметры быстрее возвращаются к своему исходному значению, что проявляется в уменьшении постоянной отжига.As the annealing temperature increases, the process of defect decomposition increases, the parameters return to their initial value faster, which manifests itself in a decrease in the annealing constant.
Сформированная в едином технологическом цикле и содержащая ряд высокотемпературных обработок (окисление, диффузия) приборная структура ИМС первоначально находится в неравновесном состоянии. Это состояние характеризуется присутствием в ИМС структурных нарушений, создающих деформацию кристаллической решетки (дислокации, микродефекты, деформационные напряжения на границе SiO2 - Si), что приводит к изменению процессов радиационного дефектообразования, причем эффективность радиационного дефектообразования в таких структурах выше, чем в ненадежных, см. статью Ачкасов В.Н., Зольникова А.Н. Моделирование механизмов отжига радиационных дефектов в ИС. Вестник Воронежской государственной лесотехнической академии, 2002, вып.4, часть 2.Formed in a single technological cycle and containing a number of high-temperature treatments (oxidation, diffusion), the IMS device structure is initially in a nonequilibrium state. This state is characterized by the presence in the IC of structural defects that create deformation of the crystal lattice (dislocations, microdefects, deformation stresses at the SiO 2 - Si interface), which leads to a change in the processes of radiation defect formation, and the efficiency of radiation defect formation in such structures is higher than in unreliable, cm article by Achkasov V.N., Zolnikov A.N. Modeling of mechanisms of annealing of radiation defects in IP. Bulletin of the Voronezh State Forestry Engineering Academy, 2002, issue 4, part 2.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008126790/28A RU2375719C1 (en) | 2008-07-01 | 2008-07-01 | Method for radiation-induced determination of potentially unstable semiconductor products |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008126790/28A RU2375719C1 (en) | 2008-07-01 | 2008-07-01 | Method for radiation-induced determination of potentially unstable semiconductor products |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2375719C1 true RU2375719C1 (en) | 2009-12-10 |
Family
ID=41489724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008126790/28A RU2375719C1 (en) | 2008-07-01 | 2008-07-01 | Method for radiation-induced determination of potentially unstable semiconductor products |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2375719C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2708815C1 (en) * | 2018-08-20 | 2019-12-11 | Акционерное общество "Ангстрем" (АО "Ангстрем") | Method of obtaining group of electro-technical equipment, uniform in terms of radiation resistance |
WO2023093499A1 (en) * | 2021-11-23 | 2023-06-01 | 中国空间技术研究院 | Method for testing total dose effect of sic mosfet device |
RU2818037C1 (en) * | 2024-02-06 | 2024-04-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Method of determining radiation resource of devices |
-
2008
- 2008-07-01 RU RU2008126790/28A patent/RU2375719C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2708815C1 (en) * | 2018-08-20 | 2019-12-11 | Акционерное общество "Ангстрем" (АО "Ангстрем") | Method of obtaining group of electro-technical equipment, uniform in terms of radiation resistance |
WO2023093499A1 (en) * | 2021-11-23 | 2023-06-01 | 中国空间技术研究院 | Method for testing total dose effect of sic mosfet device |
RU2818037C1 (en) * | 2024-02-06 | 2024-04-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Method of determining radiation resource of devices |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Strong et al. | Reliability wearout mechanisms in advanced CMOS technologies | |
Ciofi et al. | Low-frequency noise measurements as a characterization tool for degradation phenomena in solid-state devices | |
JP5659632B2 (en) | Boron-doped p-type silicon wafer iron concentration analysis method and analyzer, silicon wafer, and silicon wafer manufacturing method | |
US6275059B1 (en) | Method for testing and diagnosing MOS transistors | |
Chumakov et al. | Local laser irradiation technique for SEE testing of ICs | |
TW201430983A (en) | Method for evaluating metal pollution of semiconductor wafer and method for fabricating semiconductor wafer | |
RU2375719C1 (en) | Method for radiation-induced determination of potentially unstable semiconductor products | |
Puranik et al. | Analysis and insight of electroluminescence imaging in the assessment of potential-induced degradation in crystalline silicon photovoltaic module | |
CN107251210A (en) | The evaluation method of semiconductor substrate and the manufacture method of semiconductor substrate | |
Brown et al. | Application of a model for treatment of time dependent effects on irradiation of microelectronic devices | |
Post et al. | Imaging Interstitial Iron Concentrations in Gallium‐Doped Silicon Wafers | |
CN113156291A (en) | Method for testing synergistic effect of displacement damage and ionization total dose of bipolar process electronic device | |
JP6605386B2 (en) | Metal contamination concentration analysis method | |
CN207852625U (en) | A kind of processing system of semiconductor substrate | |
RU2168735C2 (en) | Procedure of selection of electron articles by stability and reliability | |
US7200498B2 (en) | System for remediating cross contamination in semiconductor manufacturing processes | |
US6524872B1 (en) | Using fast hot-carrier aging method for measuring plasma charging damage | |
Titus et al. | Wafer mapping of total dose failure thresholds in a bipolar recessed field oxide technology | |
Zhuang et al. | 1/f Noise and Gr noise related to reliability in optoelectronic coupled devices | |
Le et al. | Impact of depth-wise inhomogeneous iron distributions on the accuracy of lifetime-based interstitial iron measurements on silicon wafers | |
RU2100817C1 (en) | Method for testing reliability of electronic equipment | |
RU2472171C2 (en) | Method of sorting semiconductor articles | |
Bakerenkov et al. | Temperature Dependence of Surface Recombination Current in Bipolar Transistors | |
RU2032963C1 (en) | Method of rejection of light-emitting diodes by radiation stability | |
Ogden et al. | Method to Determine the Root Cause of Low-$\kappa $ SiCOH Dielectric Failure Distributions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100702 |