98

случае постепенный уход параметров связан с возникновением динамической неустойчивости взаимодействия элемента структуры с дефектом в результате образования локальных неоднородных потенциальных полей.

4.2 МЕХАНИЗМЫ ВНЕЗАПНЫХ И ПОСТЕПЕННЫХ ОТКАЗОВ

Рассмотрим возникновение дефектов в процессе производства на примере выпуска БИС ЗУ (запоминающих устройств).

На выход годных БИС ЗУ прежде всего влияют случайные дефекты, расположенные на поверхности пластины в различных слоях структуры. Число дефектов и их расположение зависят от таких факторов, как степень очистки используемых материалов и реактивов, совершенство оборудования, запыленность производственных помещений, несоблюдение технологической дисциплины и многих других. Дефекты отличаются геометрическими размерами, плотностью распределения в различных слоях и влиянием на функционирование ЗУ.

Важно знать причины возникновения случайных дефектов, которые вызывают отказ большей части кристаллов на пластине. Обычно случайные дефекты возникают из-за дефектности участков фото шаблонов, попадания на кристаллы мелких загрязнений, которые осаждаются на пластины на различных этапах производственного процесса. Эти частицы переносятся газами, парами, растворителями, реактивами и другими химическими веществами.

Существенные отклонения от технологических режимов приводят к тому, что часть пластин бракуется ввиду полной неработоспособности имеющихся на них приборов. Такого типа брак не связан со случайными дефектами на пластине и поэтому его называют грубым дефектом. Подобные дефекты возникают, в частности, из-за нарушения последовательности операций или пропуска отдельных операций технологического маршрута, рассовмещения слоев при выполнении операции фотолитографии и т.п.

В некоторых случаях грубые дефекты могут быть связаны со случайными дефектами. Например, некоторые дефекты в кремниевых биполярных транзисторных структурах приводят к появлению участков пластин с нулевым выходом годных. Дефекты, возникающие вследствие резких перепадов температуры на этапах высокотемпературной обработки, вызывают короткое замыкание между эмиттером и коллектором транзистора. Плотность таких дефектов может

99

быть очень высокой, что приводит к отказу приборов практически на всей поверхности пластины.

В среднем на грубые дефекты приходится около 16% потерь продукции, а на случайные дефекты - 84%. Для правильно спроектированных ИС и хорошо управляемых технологических процессов грубые дефекты, как правило, достаточно быстро удаляются, поэтому потери продукции из-за этих дефектов относительно невелики. Борьба с отказами вследствие случайных дефектов затруднена из-за непредсказуемости случайных явлений. Например, для БИС ЗУ к таким отказам относится повреждение линии разрядов, элементов памяти (ЭП) , слов, столбцов, секций или всего кристалла. Анализ такого рода дефектов позволяет построить зависимость распределения возможных отказов от размера дефектной области (рис.10).

Рис. 10 Распределение вероятностей отказов в запоминающих устройствах с произвольной выборкой емкостью 4 кбит и зависимости от размера дефекта:

1 - одного блока матрицы элементов памяти (ЭП); 2- одного столбца; 3 - одного столбца и одного ЭП; 4 - двух ЭП; 5 - всех элементов сразу

Специалисты фирмы Inmos провели исследования влияния дефектов, а также размеров элементов на возникновение неисправностей в статическом ЗУПВ емкостью 16 кбит (табл. 18 и 19). При этом предполагалось, что в каждом из фотошаблонов могут быть дефекты трех типов: точечные отверстия, лишние

100

элементы рисунка и отсутствующие элементы рисунка. Для каждого из трех типов дефектов с учетом допусков на совмещение, топологических проектных норм и особенностей технологии были найдены оценки выхода из строя строк и столбцов ЭП.

Таблица 18 Влияние размеров дефектов в критических слоях на неисправность строк БИС ЗУ

Таблица 19 Влияние размеров дефектов в критических слоях на неисправность столбцов БИС ЗУ

Анализ данных, приведенных в табл. 18 и 19, показывает, что для возникновения неисправности строки существует четыре причины, тогда как для неисправности столбца - девять. Неисправности столбца связаны с семью критичными операциями фотолитографии, тогда как неисправности строк - только с тремя, при этом минимальный размер дефекта, выводящего из строя сразу два

101

столбца, составляет менее 50% минимального размера дефекта, выводящего из строя сразу две строки. Вместе с тем размеры дефектов, выводящих из строя сразу три строки или столбца, намного больше размеров дефектов, способных вывести из строя две строки или два столбца. Отсюда следует, что для статических ЗУ ПВ с ЭП с одним уровнем поликремния вероятность неисправности строк значительно меньше, чем вероятность неисправности столбцов.

В табл. 20 приведены соотношения между катастрофическими и постепенными отказами при испытании и эксплуатации, сложившиеся у одного из за- водов-изготовителей кремниевых биполярных ИС малой и средней степени интеграции. Как видно из таблицы, для данного изготовителя основным источником отказов ИС является нарушение электрической цепи. Причинами обрывов в ИС являются недостаточная прочность приварки внутренних выводов, малая адгезия алюминиевых контактных площадок и соединительных дорожек к поверхности полупроводниковой структуры, возникновение нежелательных химических соединений в местах контактов разнородных металлов (интерметаллические соединения) или в результате коррозии, механические повреждения металлов и дефекты сборки ИС.

102

Таблица 20 Соотношения между катастрофическими и постепенными отказами ИС