3391

дость. Число твердости по Шору HSD измеряют в условных единицах, соответствующих высоте подъема бойка, причем HSD = 100 принято для закаленной на мартенсит эвтектоидной инструментальной стали.

При комнатной температуре метод Шора используют для сравнения твердых металлических сплавов с близкими упругими характеристиками. Кратковременность соприкосновения бойка с образцом и простота метода делают его перспективным для оценки твердости при высоких температурах (> 1400 К), когда существующие материалы инденторов уже не позволяют проводить статические испытания.

Контрольные вопросы

1.Назовите единицы измерения упругих модулей.

2.Назовите единицы изменения механических напряжений.

3.Назовите параметры, характеризующие пластичность материала при испытании на растяжение.

4.Как называют величину, характеризующую отношение относительных изменений поперечного и продольного размеров образца при деформации?

5.Как называют величину, характеризующую отношение приложенной силы к относительной деформации при растяжении?

6.Назовите единицы изменения микротвердости.

7.Дайте определение предела пропорциональности при сжатии.

8.Дайте определение предела упругости при растяжении.

9.Дайте определение предела прочности при изгибе.

10. Перечислите критерием годности продукции при технологических пробах на изгиб.

11.Какова цель испытаний на ползучесть?

12.Назовите единицу твердости по Роквеллу.

13.По какой формуле определяют относительное укорочение при испытании на сжатие.

14.Какой закон устанавливает пропорциональность механических напряжений и механических деформаций анизотропной среды?

15.Какие показатели механических свойств можно определить при испытании на растяжение?

16.Назовите параметры, характеризующие пластичность материала при

сжатии.

17.При каких испытаниях любой образец можно довести до разрушения?

18.По какой формуле рассчитывают ударную вязкость?

19.Назовите базу испытаний для ограниченного предела выносливости при испытании на усталость.

20.С каким переходом деформации связана релаксация напряжений.

161

5. ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

5.1. Классификация испытаний

Изделия микроэлектроники должны выполнять запроектированные электрические функции преобразования и обработки информации [20]. Реальное применение той или иной интегральной микросхемы (ИМС) подразумевает ее работу при воздействии различных внешних факторов. Для определения качества и надежности схем проводят испытания ИМС, т.е. искусственно создают различные внешние факторы, характерные для области применения конкретных ИМС, и контролируют электрические параметры до, во время и после испытаний. ИМС считаются выдержавшими испытания, если после испытания ее внешний вид и электрические параметры соответствуют требованиям технической документации.

Виды испытаний (внешних воздействий на ИМСклассифицируют) следующим образом:

1)механические испытания: на виброустойчивость, вибропрочность, воздействие одиночных ударов, многократных ударов, линейных нагрузок; испытание выводов ИМС на растяжение, изгиб; испытания соединений кристаллподложка на сдвиг, внутренних проволочных соединений на прочность и др.;

2)климатические испытания; при повышенной температуре, на цикли-

ческое воздействие температуры, на воздействие теплового удара, пониженного

иповышенного атмосферного давления, соляного тумана и др.

3)электрические испытания: контроль статических и динамических параметров, вольтамперных и передаточных характеристик, токов утечки и обратных токов, карты потенциалов, сопротивление изоляции;

4)испытания на герметичность;

5)испытания на безотказность и долговечность (электротермотрени-

ровка).

Большинство ИМС не подвергается такой широкой программе внешних воздействий. Выбор видов испытаний определяется областью применения ИМС.

С целью удаления из производственной партии ИМС, имеющих скрытые дефекты, которые могут привести к отказам при эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры, проводят технологические (отбраковочные) испытания. К основным видам и режимам технологических испытаний относят следующие (в приведенной последовательности):

1)визуальный контроль до герметизации;

2)термообработка для стабилизации параметров (48 ч. при 150 °С);

3)циклическое воздействие температуры (−60 … +125 °С);

162

4)линейные нагрузки (20 000 g);

5)герметичность:

а) большие течи; б) средние течи; в) малые течи;

6)измерение электрических параметров (25 °С);

7)электротермотренировка (168 ч. при 125 °С);

8)измерение электрических параметров (25 °С).

5.2.Роль контрольно-измерительных операций в производстве ИМС

Измерения и контроль занимают особое место в производстве ИМС. Многокомпонентность технологических процессов, точность дозировки используемых материалов, их чистота, точность поддержания технологических режимов оборудования, высокие требования к чистоте и постоянству параметров окружающей среды — все это требует постоянного, разветвленного и всеобъемлющего контроля, анализа его результатов и последующего управления параметрами технологических процессов.

Отметим, что большое количество дестабилизирующих факторов, влияющих на проведение технологических операций, приводит к тому, что после, каждой из них только часть продукции оказывается годной; на проведение каждой из технологических операций затрачиваются значительные средства (стоимость материалов, энергии, амортизации оборудования, инструмента).

Указанные обстоятельства делают особенно дорогостоящим брак в микроэлектронике. Эту проблему решают введением технологического операционного контроля, который осуществляется после каждой технологической операции. Целью операционного контроля является выявление брака для изъятия или исправления его: на самых ранних технологических операциях. Именно поэтому с полным основанием можно сказать, что и производство ИМС буквально «пронизано» контрольно-измерительными операциями.

Контрольно-измерительные операции, так же как и операции основных технологических процессов, могут быть простыми (визуальный контроль внешнего вида) и сложными (измерение толщины слоев методом шлифа, контроль функционирования кристаллов), причем они повторяются многократно вместе с повторением основных технологических операций.

Последовательность технологических операций изготовления транзистора ИМС (рис. 5.1) определяется последовательностью создания следующих, областей полупроводниковой структуры: изолирующих областей р+-типа (плюс означает более высокую степень легирования области р+-типа по сравнению с областью р-типа); области коллектора (К) n+-типа; области базы (Б) р-типа; области эмиттера (Э) n+-типа.

163

Рис. 5.1. Структура транзистора полупроводниковой ИМС, изготовляемого по планарно-эпитаксиальной технологии

Важнейшее место в производстве ИМС занимают измерение и контроль готовых ИМС. Большое значение этого вида контроля определяется тремя факторами.

Во-первых, многие электрические (в основном динамические) параметры проконтролировать на более ранних технологических операциях невозможно, следовательно, именно на этой стадии контроля впервые за технологический цикл производства ИМС получают информацию о соответствии готовых ИМС требованиям к основным электрическим параметрам, обеспечение которых является главной целью производства ИМС.

Во-вторых, операции контроля и измерения готовых ИМС являются индивидуальными (для каждой ИМС), а не групповыми (для пластин, партии пластин) в отличие от операций контроля и измерения основных технологических операций.

В-третьих, специфика производства ИМС (низкая повторяемость вследствие большого влияния различных внешних факторов, относительно малый выход годных изделий и т. д.) требует проведения сплошного контроля и измерения параметров ИМС. Принимая во внимание, что интегральные микросхемы являются массовой продукцией (тиражность некоторых серий ИМС достигает десятков и сотен миллионов), очевидно, что операции контроля и измерения должны осуществляться с высоким быстродействием.

Бурное развитие технологий ИМС в направлении повышения функциональной сложности (степени интеграции) и быстродействия усугубляет проблемы контроля. Технология контроля ИМС как правило отстает от технологии их производства. Поэтому знание современного уровня развития методов и оборудования контроля необходимо для дальнейшего их развития и совершенствования, а также для создания принципиально новых методов и оборудования, опережающих технологию ИМС.

164

Контрольные вопросы

1. Дайте классификацию основных методов испытаний в микроэлектро-

нике.

2.Перечислите основные методы механических испытаний.

3.Дайте характеристику климатических испытаний изделий микроэлектроники.

4.Охарактеризуйте электрические испытания изделий микроэлектроники.

5.Дайте характеристику испытаний на герметичность.

6.Охарактеризуйте испытания изделий микроэлектроники на безотказность и долговечность.

7.Перечислите основные виды и режимы технологических испытаний.

8.Опишите роль контрольно-измерительных операций при производстве изделий микроэлектроники.

9.Опишите последовательность технологических операций изготовления транзистора интегральных микросхем.

10.Укажите факторы, которые определяют виды контроля в микроэлек-

тронике.

6. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИМС

Для того чтобы иметь достаточно полное представление об измерениях и контроле в микроэлектронике, необходимо знать [20]:

1)какие геометрические, электрофизические, электрические величины следует измерять и контролировать при производстве ИМС;

2)в какой последовательности и на каких технологических операциях эти величины измеряются;

3)как влияют результаты измерения и контроля на качество ИМС;

4)какими методами производятся измерения и контроль.

В настоящей главе рассмотрим контрольно-измерительные операции, проводимые при изготовлении ИМС по планарно-эпитаксиальной технологии.

6.1. Операции контроля и измерения в технологическом процессе разделения кремниевых слитков на пластины

Слитки монокристаллического кремния, предназначенные для изготовления пластин, должны отвечать определенным требованиям, поэтому их подвергают входному контролю с целью установления соответствия требованиям, заданным в технической документации (ТД): сопроводительном паспорте, технологической или контрольной карте, на чертеже и т. д. Для этого проводят определенные контрольно-измерительные операции. Перечень контрольноизмерительных операций, требований к контролируемым и измеряемым параметрам, а также перечень средств контроля и измерения, объем выборки и периодичность контроля приведены в табл. 6.1.

165

Таблица 6.1

Контрольно-измерительные операции при входном контроле кремниевых слитков

166

Окончание табл. 6.1

Технологический процесс разделения слитков на пластины и обработки кремниевых пластин включает следующие технологические и контрольноизмерительные операции:

1)ориентированное приклеивание слитка (заготовки к подставке);

2)разрезание слитка на пластины;

3)химическую очистку пластин после резки;

4)контроль пластин после химической очистки;

5)наклеивание пластин на пластинодержатель;

6)шлифование нерабочей поверхности пластин;

7)контроль пластин нерабочей поверхности после шлифования;

8)полирование нерабочей поверхности пластин;

9)контроль пластин после полирования нерабочей поверхности;

10)отклеивание пластин;

11)отмывку пластин после полирования нерабочей поверхности;

12)наклеивание пластин для шлифования рабочей поверхности;

13)шлифование рабочей поверхности пластин;

14)контроль пластин после шлифования рабочей поверхности;

15)финишное полирование пластин;

16)суперфинишное полирование пластин; селективное травление;

17)контроль пластин после финишного и суперфинишного полирования;

18)отклеивание пластин;

19)отмывку пластин после полирования;

20)промывку пластин на кистевых мойках;

21)окончательный контроль;

22)нанесение полимерной пленки ПАН-лака;

23)контроль после покрытия пленкой ПАН-лака.

Перечень контрольно-измерительных операций согласно п.п. 4, 7, 9, 14, 18, 22 приведён в табл. 6.2.

167

Таблица 6.2

Контрольно-измерительные операции в технологическом процессе разделения кремниевых слитков на пластины

168

Продолжение табл. 6.2

169

Продолжение табл. 6.2

170