Вопрос №31 (Параметры качества полупроводниковых ис и их контроль)
Различают 2 вида контроля качества:
Производственный контроль
Контроль готовых ИС
1)Производственный контроль – составная часть типового ТП и может быть пассивным (т.е. определять годен/негоден) и диагностир. (т.е. давать информацию о природе дефекта). При производственном контроле осущ-ся измерение параметров п/п структур и технологический режим.
Произв. контроль делится на: а) входной (контроль качества п/п, металлов, диэл-ков, деталей корпуса, фотошаблонов) б) межоперационный (цель-оценка качества тех. операций - эпитаксии, окисления, диффузии, металлизации, напыления и т.д. ; контролируемые объекты – п/п структуры и технолог. режимы) в) финишный (контроль п/п ИС на функционирование на неразделенной пластине)
Для п/п ИС можно различать 4 вида производственного контроля качества: 1. Полный или выборочный неразрушающий пооперационный контроль структур ИС. 2. Выборочный контроль п/п структур, кот. разрушаются в процессе проведения испытаний. 3. Контроль качества проведения тех. процесса путем измерения параметров спец. спутников (контроль поверхностного сопротивления, контроль толщины диффузионных слоев для p-n-p, n-p-n структур. Контроль выполняется на пластинах - спутниках с помощью зондовых методов). 4. Контроль качества технолог. пр-ссов с использованием спец. испытательных элементов. Для этого структуры ИС в центре и на периферии пластины заменяются на тест-структуры.
Методы контроля в производстве п/п ИС: 1. Метод визуального контроля (вкл. осмотр схем под оптическим микроскопом с различным увеличением. Получают сведения о пластине: недостатки травления измен. толщины окисного слоя, пористость окисного слоя, м.б. попала пыль, нехороший фотошаблон,- приводит к короткому замыканию переходов и выход из строя всей ИС) 2. Использование сканирующего электр. микроскопа. (наблюдается топологический и электрический рельеф)
Оба эти метода - неразрушающие, они позволяют устранить нарушения или сравнить с эталоном. 3. Для измерения термических профилей сущ-ет инфракрасный сканирующий детектор высокой разрешающей способности (для выявления перегретых участков). Также применяется термографическая система, основ. на термочувствительных красках. Пленки из термочувствительных красок располаг-ся на пов-ти ИС, в рез-те электр. нагрузки пов-ть окрашивается в разн. цвета. 4. Для контроля электр. хар-к структур и соотв. оценке качества тех. процесса использ-ся спец-но изготавливаемые и размещ-ые на рабочей подложке стр-ры – тестовые микросхемы, кот. состоят из набора однотипных измеряемых элементов с таким же кол-вом, кот. есть в ИС и такими же геометрич. размерами.
Существует параметрический, функциональный и диагностический контроль микросхем: а) параметрический контроль- малая степень интеграции ИС и измерение основных параметров. б) функциональный контроль- проводится проверка ИС с высокой степенью интеграции и вкл. в себя проведение статистических и динамических измерений на базе контрольной тестовой таблицы. в)диагностический контроль- контроль и испытание гибридных ИС, в которых возможна замена неисправных элементов на общей подложке.
По мере повышения степени интеграции процессы контроля усложняются.
Для транзисторов применяется разрушающий контроль. В готовых или полуготовых чипах делаются разрезы или сечения, а потом применяется: оптическая микроскопия, сканирующая электр. микроскопия SEM, просвечивающая электр. микроскопия высокого разрешения TEM, рентгеновская XRD, AFM.
SEM- контроль геометрических размеров структур. TEM- метод визуального контроля. С помощью современных методов поверхностного анализа можно измерить профиль легирования этих структур- измерить концентрацию легирующих примесей в процессе производства.
Для анализа дефектов в поверхностном слое Si служит SIMS- фотоэлектронный микроскоп.
Время жизни процессоров по диэлектрику опред. с помощью 3 методов экстраполяции: 1) стресс-тесты при повышенном напряжении 2) экстраполяция при повыш. температуре 3) экстраполяция на транзисторах большей площади
По току утечки вычисляют среднее время жизни транзисторов.
Приемы: а)Для современного диагностирования чипов использ. лазеры- микрозонды импульсного лазера инфракрасного диапазона.Луч лазера проходит с обратной стороны, где нет металлизации и фокусируется на области стока и истока МОП-транзистора. Луч сканирует и дает «карту» работы транзистора на выбранном участке ИС.
б)Спектроскопия с временным разрешением, основана на том, что современные КМОП стр-ры явл-ся активными стр-рами – при переключении транзистора они издают вспышки света (испускается инфракрасный фотон). Подсчет этих фотонов во времени дает возможность получения осциллограмм работы транзистора.
в)Метод основан на активном воздействии на транзистор лазера. Лазер сканирует по пов-ти кристалла, кот работает в режиме тест-микросхем. Когда луч попадает на транзистор работа в критическом режиме тест дает сбой, след-но, опред-ся слабые участки чипа, кот с максимальной вероятностью откажут. Тест можно отладить изменением рабочей частоты и напряжения.
Критерии оценки качества БИС и СБИС: Необходимо выражение единого критерия качества, им м.б. обобщенный критерий качества СБИС, отражающий удельную информац. пропускную способность СБИС, соотнес. с ее геометр. объемом, мощностью и затратами на изготовление.
Y- информац. пропускная пропускная способность, бит/с P- мощность, рассеиваемая на максимальной частоте работы, Вт V- объес, см3 С- отражает затраты на изготовление
Разделение подложек ГИС и п/п пластин.
До разделения п/п пластин целесообразно выполнить электрический контроль, т.к. его легче автоматизировать. Происходит контактирование зондов с контактами на ИС, считывание информации - годен или нет, ставится цветовая метка на пластину, после разделения пластины отсортировываются.
Пластины на отдельные кристаллы и подложки ГИС разделяются путем скрайбирования с последующей ломкой, либо резкой алмазным диском, либо лазерным лучом.
Требования:
Высокий % выхода годных кристаллов
Высокая производительность оборудования
Невысокая стоимость аппаратуры (экономические требования)
Скрайбирование
Заключается в том что на поверхность пластины наносится неглубокая риска (10-15 мкм) (резцом, лазерным лучом, травлением и.т.д.). Вокруг риски концентрируется механические напряжения, которые ослабляют материал. Сперва скрайбирование по одной стороне , потом по другой.