Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОТБРАКОВКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ НА ОСНОВЕ СТРУКТУР МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК - ПОЛУПРОВОДНИК
СПОСОБ ОТБРАКОВКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ НА ОСНОВЕ СТРУКТУР МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК - ПОЛУПРОВОДНИК

СПОСОБ ОТБРАКОВКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ НА ОСНОВЕ СТРУКТУР МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК - ПОЛУПРОВОДНИК

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Применение: относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения надежности и качества полупроводниковых приборов и интегральных схем. Сущность: способ включает облучение испытуемых приборов пучком импульсного лазерного излучения, измерение электрических параметров испытуемых приборов, сравнение измеренных параметров с эталонными. Облучение проводят длиной волны λ в интервале 1,24/Eд<λ><1,24E>п, плотностью энергии 1 не более величины Zm=Iп/Iм(1-R)κ·Tmax и длительностью импульса не более величины τm=1/α2K, где Eд и Eп - ширина запрещенной зоны диэлектрика и полупроводника соответственно, (эВ); Iп - пороговая плотность энергии ( (Дж/м2) ); R - коэффициент отражения слоя металла; κ - коэффициент поглощения излучения в слоях металла и диэлектрика; Tм и Tmax - соответственно температуры плавления полупроводника и начала необратимых изменений МДП-структуры под действием лазерного облучения; K, α - коэффициенты температуропроводимости и поглощения соответственно.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2009517
Класс(ы) патента: G01R31/26
Номер заявки: 4931435/25
Дата подачи заявки: 29.04.1991
Дата публикации: 15.03.1994
Заявитель(и): Московский институт стали и сплавов
Автор(ы): Крылов Д.Г.; Ладыгин Е.А.; Горюнов Н.Н.; Паничкин А.В.; Галеев А.П.
Патентообладатель(и): Московский институт стали и сплавов
Описание изобретения: Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения надежности и качества полупроводниковых приборов и интегральных схем.
Изобретение может быть использовано для отбраковки приборов на этапе производства изделий электронной техники.
Известен способ отбраковки полупроводниковых приборов [1] , состоящий в том, что между полупроводниковым кристаллом и изолирующим покрытием в условиях повышенной температуры прикладывается электрическое поле, за счет чего ускоряется время перемещения и накопления зарядов в диэлектрике и на поверхности полупроводникового кристалла и выявляются приборы с аномальным поведением параметров.
Недостатком метода является необходимость разработки специальной кассеты с электродами для создания электрического поля в зависимости от конструкции конкретных корпусов приборов.
Известен способ отбраковки полупроводниковых приборов и интегральных схем, включающий облучение испытуемых приборов гамма-излучением дозой 105 рад, измерение электрических параметров, сравнение измерений электрических параметров испытуемых приборов с эталонным значением [2] .
Основным недостатком этого способа отбраковки является использование вредного для человека гамма-излучения, что усложняет аппаратурное оформление способа из-за необходимости сложной системы защиты и наличие в случае сплошного контроля партии остаточных радиационных дефектов, которое приводит к снижению выхода годного и требует дополнительного восстановительного отжига.
Цель изобретения - повышение безопасности, упрощение способа и повышение выхода годного.
Цель достигается тем, что в известном способе отбраковки, включающем облучение испытуемых приборов, измерение электрических параметров, сравнение измерений электрических параметров испытуемых приборов с эталонным значением, согласно изобретению, испытуемые приборы облучают пучком импульсного лазерного излучения с длиной волны λ в интервале 1.24/Eд < λ < 1.24/Еп, мкм, плотностью энергии Iп не более величины
Im= Tmax и длительностью импульса не более величины:
τm= где Ед и Еп - ширина запрещенной зоны диэлектрика и полупроводника соответственно, эВ;
Iп - пороговая плотность энергии, Дж/м2;
R - коэффициент отражения слоя металла;
κ - коэффициент поглощения излучения в слоях металла и диэлектрика;
Тм и Тмах - соответственно температуры плавления полупроводника и начала необратимых изменений МДП-структуры под действием лазерного излучения;
К, α - коэффициенты температуропроводности и поглощения соответственно.
Сущность изобретения заключается в том, что отбраковка полупроводниковых приборов и интегральных схем на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) достигается выявлением скрытых физико-технологических дефектов в объеме диэлектрика и на границе раздела полупроводник-диэлектрик за счет контроля изменения электрических параметров, обусловленного воздействием импульсного лазерного излучения.
Воздействие импульса лазерного излучения приводит к быстрому нагреву тонких пленок металла и диэлектрика и приграничной области полупроводника и росту концентрации подвижных носителей заряда (электронов в металле, электронов и дырок в полупроводнике), способных преодолеть потенциальные барьеры на границе раздела металл-диэлектрик- и полупроводник-диэлектрик соответственно и инжектироваться в диэлектрик. Часть этих носителей заряда рекомбинируют, остальные захватываются на ловушки в диэлектрике. Одновременно с этим на границе раздела полупроводник-диэлектрик вблизи скрытых физико-технологических дефектов образуется большое число поверхностных состояний. После окончания импульса лазерного излучения испытуемый прибор быстро охлаждается и часть захваченных в диэлектрике носителей заряда замораживается на ловушках. Изменение электрических параметров испытуемых приборов (пороговое напряжение для МДП транзисторов или напряжение плоских зон для МДП конденсаторов) определяется величинами зарядов диэлектрика и поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик, накопленных при воздействии импульсного лазерного излучения. Структуры с физико-технологическими дефектами в объеме диэлектрика и на границе раздела полупроводник-диэлектрик показывают увеличение изменения электрических параметров. Отбраковываются приборы, изменение электрических параметров которых превышает эталонное.
Существуют физические ограничения на основные параметры импульсного лазерного излучения:
1. Длина волны λ должна соответствовать критерию:
1,24/Eд < λ < 1,24/Еп, мкм, т. е. при воздействии лазерного излучения генерация свободных носителей заряда идет в полупроводнике и металле и отсутствует в диэлектрике.
2. Плотность энергии:
Температура слоя полупроводника, поглощающего энергию лазерного излучения, определяется выражением
T = Io(1-R)κ (1) где Io и Iп - падающая и пороговые плотности энергии излучения; Тм - температура плавления полупроводника; R - коэффициент отражения полупрозрачного слоя металла; κ - коэффициент, учитывающий поглощение энергии излучения в слоях металла и диэлектрика. Величина Т ограничена сверху условием обратимости процессов, протекающих в МДП-структуре при отбраковке. Следовательно, не должно быть так называемого лазерного отжига. Кроме того, при повышенных температурах могут идти нежелательные реакции между металлом и диэлектриком, металлом и полупроводником, разрушающие приборную структуру. Например, для структур золото-оксид кремния-кремний максимальная температура нагрева не должна превышать 643 К (температура эвтектики золото-кремний); для структур алюминий-оксид кремния-кремний - 843 К (температура эвтектики алюминий-кремний), кроме того, при температуре выше 750 К в таких структурах интенсивно идет реакция взаимодействия алюминия с оксидом кремния.
Таким образом, плотность энергии импульсного лазерного излучения не должна превышать величины Im:
Im= T (2)
3. Длительность импульса лазерного излучения τ ограничена сверху условием отсутствия разогрева объема полупроводниковой подложки (адиабатическое поглощение), т. е. диффузионная длина распространения тепла должна быть меньше ширины области поглощения:
(3) где К и α - коэффициенты температуропроводности и поглощения соответственно.
Абсолютные значения пределов параметров импульсного лазерного излучения определяются для конкретной МДП-структуры. Так для использованных в примере реализации способа отбраковки структур алюминий-оксид кремния-кремний получим
0,14 ≅α≅ 1,13 мкм, Io < 2,2 Дж/см2, τ< 40 нс.
Расчет плотности энергии и длительности импульса проведен для λ = 0,53 мкм.
С помощью импульсного лазерного излучения можно проводить отбраковку полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на основе МДП-структуры как на пластине, так и в корпусе перед операцией герметизации. Использование пучка импульсного лазерного излучения с пятном прямоугольной формы позволяет проводить отбраковку испытуемых приборов на пластине, обрабатывая не всю пластину, а часть кристаллов в соответствии со статистической выборкой. Это позволяет сохранить основную часть кристаллов на пластине и не подвергать ее операции восстановления (низкотемпературный отжиг или облучение вакуумным ультрафиолетом с целью перезарядить ловушки в диэлектрике).
В качестве исследуемых образцов выбраны две партии КМОП микросхем типа 164ЛП1 в количестве 20 штук каждая. С целью контроля качества (степени) отбраковки часть микросхем (по 3 штуки) предварительно подвергнута облучению электронами дозой 0,2 Мрад и последующему отжигу при 200оС в течение 60 мин с полным восстановлением электрических параметров в нормах технических условий. Первая партия отбраковывалась с помощью гамма-излучения в соответствии с прототипным способом, вторая - с помощью импульсного лазерного излучения с длиной волны 0,53 мкм, плотностью энергии 0,5 Дж/м2 и длительностью импульса 15 нс. В обоих случаях были выявлены по 5 дефектных микросхем - предварительно подготовленные и две из состава исходных. Затем испытуемые приборы отжигались при 300оС в течение 20 мин с целью восстановления до исходных значений параметров микросхем первой партии. Вторая партия отжигалась для сохранения идентичности. Повторная отбраковка выявила в первой партии дополнительно еще 2 дефектные микросхемы. Обнаруженное снижение числа годных образцов обусловлено остаточными дефектами, введенными гамма-излучением при первой отбраковке. Число дефектных микросхем во второй партии не изменилось. Последующая отбраковка этой партии с помощью гамма-излучения в соответствии с прототипным способом выявила те же дефектные микросхемы.
Таким образом, из приведенных данных очевидно, что предлагаемый способ позволяет повысить безопасность, упростить операцию отбраковки и повысить выход годного. (56) Авторское свидетельство СССР N 605488, кл. H 01 L 21/66, 1976.
Патент США N 3723873, кл. G 01 R 31/22, 1973.
Формула изобретения: СПОСОБ ОТБРАКОВКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ НА ОСНОВЕ СТРУКТУР МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК - ПОЛУПРОВОДНИК(МДП), включающий облучение испытуемых приборов, измерение электрических параметров испытуемых приборов, сравнение измеренных электрических параметров испытуемых приборов с эталонными значениями, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности, упрощения способа и повышения выхода годного, испытуемые приборы облучают пучком импульсного лазерного излучения с длиной волны λ в интервале 1,24 / Eд< λ <1,24E>п , плотностью энергии I не более величины
Im= T max
и длительностью импульса не более величины
rm= ,
где Eд и Eп - ширина запрещенной зоны диэлектрика и полупроводника соответственно, эВ;
Iп - пороговая плотность энергии, Дж/м2;
R - коэффициент отражения слоя металла;
ν - коэффициент поглощения излучения в слоях металла и диэлектрика;
Tм и Tmax - соответственно температуры плавления полупроводника и начала необратимых изменений МДП-структуры под действием лазерного излучения;
K , α - коэффициенты температуропроводности и поглощения соответственно.