Обеспечение и ускоренная оценка качества микросхем по результатам физико-технической экспертизы

Вид материала

Автореферат

Подобный материал:

• Качество подготовки специалистов оценка качества знаний, 961.03kb.
• Методическое руководство для выполнения контрольной работы по дисциплине «Оценка качества, 379.78kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 02. 07 «Технология, 256.06kb.
• 05. 02. 07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки, 24.16kb.
• Задачи и объекты экспертизы следов транспортных средств. 17. Назначение экспертизы, 32.27kb.
• Постановления Правительства Российской Федерации от 24 апреля 2003 года n 238 "Об организации, 2030.16kb.
• Постановления Правительства Российской Федерации от 24 апреля 2003 года n 238 "Об организации, 2065.23kb.
• Техническое задание на проведение строительно-технической экспертизы I. Заказчик (инициатор), 41.51kb.
• Лекции, лабораторные занятия, курсовая работа, консультации, самостоятельная работа, 23.03kb.
• По результатам аттестационной экспертизы специальности 020700 «История», 517.25kb.

Вторая глава

Во второй главе содержатся требования к процедурам проектирования.

Главной задачей системы проектирования является обеспечение перевода требований технического задания в требования к материалам, элементам конструкции микросхем, технологии изготовления и производства партий микросхем, требования к полноте контроля, изготовления и испытаний микросхем.

При проектировании должно проводиться моделирование работы микросхем в условиях воздействия факторов, установленных в техническом задании для наихудшего сочетания факторов. Модели должны быть: обоснованы, апробированы, аттестованы, обеспечивать требуемую точность и реализовать связь параметров моделей с режимами и условиями техпроцесса.

Проектирование технологии должно предусматривать моделирование и оптимизацию технологического процесса с целью снижения его чувствительности к изменению условий.

Процедуры проектирования должны предусматривать разработку необходимых тестовых структур находящихся в модулях рабочих или тестовых кристаллов для оперативной и достоверной оценки в процессе изготовления микросхем.

На этапе разработки должны быть разработаны, а на этапе производства проводится контроль структур, характеризующих возможные дефекты вызванные:

- деградацией под влиянием горячих носителей;

- электромиграцией;

- времязависимым пробоем диэлектрика;

- деградацией металлизированных дорожек и омических контактов.

Для оценки качества технологического процесса могут использоваться оценочные и демонстрационные схемы ОСТ 11 0999.

Типовые оценочные схемы должны соответствовать требованиям, установленным проектными нормами. Требования к электрическим нагрузкам и параметрам транзисторов и всех межсоединений должны устанавливаться по наиболее жесткому варианту нагрузки.

Разработчик обязан продемонстрировать возможность и стабильность всех операций, применяемых при контроле конструктивных, электрических и проектных норм.

Приведены требования к информационному обеспечению разработчика.

Базы данных и знаний должны содержать:

- универсальные библиотеки, инвариантные к технологии производства:

- поведенческих моделей;

- фунционально-логических моделей;

- схемных и приборных моделей;

- топологических моделей;

- условных графических обозначений;

- библиотеку конструктивно-технологических функциональных элементов;

- стандартные приемы разбиения микросхемы на структурно-функциональные части;

- модели стандартных внешних факторов, воздействующих на микросхемы;

- методы преобразования внешних факторов, действующих на микросхему, в наборы нагрузок, действующих на конструктивно-технологический функциональный элемент (КТФЭ);

- стандартные значения нагрузок, действующих на КТФЭ и не влияющих на их работоспособность;

- перечень предельных значений нагрузок, приводящих к нарушению функций КТФЭ или микросхемы в целом;

- правила ранжирования нагрузок по значимости их влияния на функциональные запасы КТФЭ;

- библиотеку моделей, связывающих характеристики нагрузок со значениями конструктивно - технологических параметров КТФЭ;

- библиотеку стандартных механизмов отказов, включающую описание дефекта, условия возникновения дефекта, причины возникновения дефекта, условия и вероятность развития дефекта в отказ;

- методы обнаружения (контроля) дефектов;

- библиотеку стандартных конструктивно-технологических решений.

Определены требования к процессам производства:

• организации и управлению производством;
  
• обеспечению производства персоналом необходимой квалификации;
  
• обеспечению и управлению технической документацией;
  
• обеспечению производства технологическим, контрольно-измерительным, испытательным оборудованием и метрологическое обеспечение;
  
• обеспечению условий производства;
  
• обеспечению сырьем, материалами и комплектующими изделиями;
  
• обеспечению качества и управлению технологическим процессом изготовления микросхем;
  
• обеспечению идентификации и прослеживаемости изделий;
  
• организации проведения корректирующих воздействий;
  
• организации внутренних проверок системы качества;
  
• организации учета и анализу затрат на качество;
  
• системе статистического контроля и регулирования производства;
  
• программе обеспечения качества;
  
• организации обращения с готовой продукцией;
  
• организации обращения с продукцией не соответствующей требованиям нормативной документации;
  
• организации сбора, регистрации, обработки и хранения данных о качестве;
  
• организации технической помощи в применении микросхем;
  
• маркетинговая деятельность.
  

Важнейшим процессом производства, определяющим качество и надежность микросхем, является требование к обеспечению качества и управлению технологическим процессом изготовления микросхем.

Требования к технологическому процессу должны включать в себя, главным образом, требования к режимам проведения технологических операций, межоперационным параметрам и допускам на них.

Дополнена и обоснована система отбраковочных испытаний.

Отбраковочные испытания позволяют выявлять потенциально ненадежные микросхемы.

Для партии микросхем объема N, определено n видов дефектов, число отбраковочных микросхем будет а₁, а₂, а₃ … а_n, общая совокупность дефектных микросхем равна

_, (2.1)

Показатели уровня качества на этапе проведения отбраковки равны

, (2.2)


Уровень выходного качества, может быть определен после проведения на N^/ микросхемах следующих испытаний. Он определяется отношением:

, (2.3)



В качестве численного критерия оценки эффективности отдельных видов отбраковочных испытаний целесообразно взять улучшение выходного качества по сравнению с уровнем качества на момент отбраковочных испытаний.

Коэффициент эффективности можно выразить:

, (2.4)

где g₁ – уровень качества на момент проведения отбраковки;

g₂ – уровень качества после операции отбраковки.

Соответсвующие виды отбраковочных испытаний целесообразны, если доля отбраковываемых микросхем на последующих испытаниях уменьшается. Коэффициент эффективности более нагляно выражается зависимостью



, (2.5)



Повышение эффективности отбраковочных испытаний может проводиться за счет выбора жесткости воздействующих факторов, увеличения длительности воздействий или использования дополнительных критериев отбраковки.

Определена возможность уменьшения планов контроля качества для функционально сложных микросхем.

Любая микросхема, независимо от степени интеграции, содержит одни и те же конструктивно-технологические элементы, количество которых изменяется в зависимости от степени сложности микросхемы. Микросхема может быть представлена физико-статистической моделью нормирования сложности. Такая модель считается справедливой только для обоснования объемов выборок при испытаниях микросхем. Количество эквивалентных элементов строго связывается с количеством конструктивно-технологических элементов в микросхеме, а следовательно, и со степенью интеграции. Такая связь может быть достигнута для целей оценки качества микросхем, если предопределить, что один элемент модели заменяет собой совокупность единичных конструктивно-технологических элементов согласно равенству:


n_э^х = g₁+g₂+ … + g_m+1= 1, (2.6)


где n_э^х =1 - эквивалентный элемент;

g₁,g₂ …g_m – удельные веса отказов или частота отказов конструктивно-технологических элементов


Тогда общее число n_i^х эквивалентных однотипных элементов, нормированных по числу отказов, для i- микросхемы любой сложности будет определяться формулой


n_i^х= g₁N_i1+ g₂N_i2+ …+ g_mN_im, (2.7)


,


где N_j(N₁,N₂…N_m) – количество конструктивно-технологических элементов в j-ом направлении;

- общее число конструктивно-технологических элементов в микросхеме

Для микросхем с большей степенью интеграции должен подтверждаться не меньший уровень надежности, чем для исходной микросхемы. Это может быть обеспечено испытанием выборки с общим количеством эквивалентных элементов не менее n_о^х n_о.

Таким образом для одних и тех же условий и режимов испытаний можно записать

n_i^х n_i= n_о^х n_о ,

что позволяет определить объем выборки для i – микросхемы по формуле


(2.8)

или



_, (2.9)




Третья глава посвящена исследованиям по определению элементов конструкции и кристалла, параметров и критериев ускоренной оценки качества микросхем.

На основе исследований и обобщения материалов влияния реализации конструктивно-технологических решений, технологических операций, качества материалов на качество ИС, а также материалов по анализу отказов микросхем, установлены причинно-следственные связи между дефектами и причинами отказов ИС, которые использовались при определении элементов конструкции и кристалла, параметров и критериев оценки качества ИС.

Важным вопросом при оценке качества ИС на основе физико-технической экспертизы является оценка точности оператора. Для количественного сертифицирования операторов визуального контроля приняты такие характеристики точности контроля, как риски поставщика и потребителя (₁₂, ₂₁).

Предложено описывать квалификацию оператора с помощью характеристик, присущих только ему (т.е. не зависящих от свойств контролируемой партии).

С этой целью оператор условно рассматривается как некоторое техническое средство, осуществляющее визуальный контроль и описываемое стандартными метрологическими характеристиками. В качестве стандартных метрологических характеристик оператора целесообразно использовать математическое ожидание (∆_С) и среднее квадратическое отклонение (с.к.о. – ) «порога» принятия решения оператором. В основе определения этих метрологических характеристик лежит процедура разбраковки им некоторой контрольной партии изделий по двум производственным нормам Υ_П1 и Υ_П2. В этом случае величины ∆_С и  определяются по формулам, полученным на основании выражений для рисков поставщика и заказчика (₁₂, ₂₁):


, (3.1)


,

где Z – решение уравнения: exp (–) = 2 Z F (Z),

а ₁₂ (Υ_П1), ₂₁ (Υ_П2), W (Υ_П1), W (Υ_П2) – апостериори известные значения рисков и коэффициента выхода годных изделий при разбраковке оператором контрольной партии.

Достоинство метрологических характеристик ∆_С и  – возможность оценки точности операторов визуального контроля при работе с произвольными партиями изделий и, как следствие этого, возможность сравнения и профессионального отбора операторов, оценка эффективности их работы в течение смены и от смены к смене, прогноз последствий работы операторов.

Четвертая глава посвящена исследованиям по определению номенклатуры конструктивно-технологических характеристик микросхем, тестовых структур и метода их физико-технического анализа, разработке математических моделей расчета надежностных характеристик СБИС на основе суперкристаллов.

Параметры, предусмотренные техническими условиями (ТУ) для контроля качества ИС не в полной мере определяют их физическое состояние характеризующее надежность.

ИС со скрытыми дефектами, возможно, выявить при контроле дополнительных параметров путем сравнения с их усредненными значениями.

По характерным признакам и параметрам состояния, а также по показателям развития деградационных процессов, ряд методов позволяет определить виды и причины возникновения дефектов, приводящих к отказам ИС.

В ИС возможны дефекты элементов конструкции и кристалла, которые не выявляются при контроле параметров по ТУ и дополнительных. Для выявления ИС с такими дефектами предложено проводить оценку качества методом физико-технической экспертизы.

Комплексная физико-техническая экспертиза ИС заключается в системной оценке качества их проектирования и изготовления физико-техническим методом.

Цель экспертизы состоит в выявлении физического состояния ИС, скрытых дефектов и предпосылок к отказам.

Микросхемы характеризуются большим числом элементов конструкции и кристалла, параметров и критериев. Контроль качества по всем параметрам достаточно трудоемкий, длительный и дорогой. Необходимо найти определяющие параметры-критерии годности, по которым и следует проводить оценку качества ИС.

Выявление критичных и определяющих параметров предложено осуществлять на основе использования причинно-следственных связей между видами дефектов, характером их проявления и причинами отказов ИС.

Важным вопросом является правильное установление норм на параметры.

Основываясь на экспериментальных исследованиях по установлению причинно-следственных связей, определены элементы конструкции и кристалла, параметры и критерии, нормы на них для оценки качества ИС.

При анализе результатов физико-технической экспертизы можно использовать метод статистического выборочного контроля, как наиболее точного при контроле по количественному признаку, Существуют выражения для расчета необходимого объёма выборки (z) по заданным рискам поставщика и заказчика, допустимым и недопустимым долям дефектных изделий в принятой партии.

Одним из главных факторов, определяющих эффективность ФТЭ, является разработка рационального маршрута проведения экспертизы.

Для выбора рационального маршрута М_опт предлагается использовать критерии:


, (4.1)


где z - число ИС, используемых для проведения ФТЭ;

F(M_i) - функция эффективности i-го маршрута ФТЭ;

P_{д, i} - статистическая вероятность обнаружения скрытых дефектов при реализации i-го маршрута ФТЭ;

Е - множество методов, которые могут быть применены для ФТЭ

заданного типа СБИС:

М_i Е - вектор, характеризующий i-ый маршрут ФТЭ.


, (4.2)



где n_д,j - среднестатистическое нормированное число обнаруженных скрытых дефектов при использовании на данном предприятии j-го метода ФТЭ (отношение числа обнаруженных дефектов к общему числу СБИС, прошедших ФТЭ).

Применение критерия (4.1) возможно при наличии достаточного количества статистических данных по применению метода ФТЭ. Реализация указанного критерия предполагает выполнение последовательно трех принципов формирования маршрута ФТЭ:

1. Включение в маршрут методов, наиболее информативных для данного типа ИС.

2. Приоритетность активных методов исследований над пассивными с целью выявления наибольшего количества скрытых дефектов.

3. Приоритетность неразрушающих методов испытаний над разрушающими с целью минимизации числа ИС, требуемых для проведения ФТЭ.

Разработанный маршрут проведения физико-технической экспертизы, предусматривает диагностику по внешним выводам, контроль качества корпуса и сборочных операций, контроль качества кристалла.

Сокращённый маршрут физико-технической экспертизы приведён в таблице 1. Полная схема маршрута приведена в диссертации.

Предложена методика комплексной физико-технической экспертизы микросхем, заключающаяся в системной оценке качества их проектирования и изготовления методом физико-технической экспертизы, оперативном определении физического состояния ИС на всех стадиях их жизненного цикла, включая этапы приемки НИОКР.

При оценке качества СБИС методом физико-технической экспертизы, целесообразно определить такие показатели конструктивно-технологического уровня микросхем, как выход годных на этапе производства и вероятность безотказной работы на этапе эксплуатации.

В работе предложено для оценки этих характеристик СБИС на основе суперкристалла, представить микросхему в виде системы резервирования различного типа (с горячим и скользящим холодным резервом). В результате получены математические модели оценки вероятности выхода годных суперкристаллов с архитектурой «Однородная вычислительная среда» (ОВС). Для структуры суперкристалла, в которой резервные элементы могут замещать несколько процессорных элементов, число которых равно числу годных резервных процессорных элементов, модель оценки выхода годных на этапе производства имеет следующий вид:


(4.3)

где  – плотность дефектов на поверхности суперкристаллов;

n_T – количество транзисторов в одном процессорном элементе;

S_n – площадь одного транзистора;

N_c – число строк в суперкристалле;

M_c – число основных процессорных элементов (ПЭ) в строке;

m – число резервных ПЭ в строке.

Аналогично получена модель расчета вероятности безотказной работы суперкристалла на этапе эксплуатации:


(4.4)

где




m^" – число резервных ПЭ в строке, оставшихся незадействованными на этапе производства;

P₁ – вероятность безотказной работы одного ПЭ;

P_пр – вероятность подключения резервного ПЭ;

С – число сочетаний.

В результате исследований показано, что введение резервных процессорных элементов позволяет существенно увеличить его выход годных. При этом предложенный вариант группового резервирования с этой точки зрения является наиболее эффективным. Определено, что при такой системе резервирования возможно получение вероятности безотказной работы суперкристалла превышающей величину вероятности безотказной работы процессорных элементов, входящих в его состав.


Пятая глава посвящена разработке методик физико-технической экспертизы и использование ранее разработанных методик для оценки качества и надежности микросхем.

1. Методики диагностики микросхем по внешним параметрам.

Оценка стойкости микросхем к электрическим перегрузкам, анализ причин снижения электрической прочности микросхем и возникновения отказов, связанных с пробоями и утечками.

2. Методики контроля качества корпуса и сборочных операций:

- контроль газового состава подкорпусного объема микросхем с использованием масс-спектрометра;

- методика контроля элементного состава тонких диэлектрических и металлических слоев микросхем и качества золотого покрытия элементов корпуса;

- контроль теплового сопротивления микросхем;

- методика оценки стойкости алюминиевой металлизации микросхем к коррозии;

- методика контроля поверхностных и подповерхностных дефектов с помощью акустического микроскопа.

3. Методики контроля качества кристалла:

- методика оценки качества физической структуры микросхем с помощью параметрического тестового контроля;

- методика контроля толщины полупроводниковых и диэлектрических слоев с помощью микроспетрофотометра-толщинометра;

- методика контроля пористости защитного диэлектрика на микросхеме;

- методика контроля распределения потенциалов;

- методика контроля термостабильности подзатворного диэлектрика в металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) структурах;

- методика контроля линейных размеров топологических элементов;

- методика измерения времени жизни неравновесных носителей заряда в кристаллах высокоомного монокристаллического кремния.

Шестая глава посвящена рассмотрению возможности использования метода физико-технической экспертизы для ускоренной оценки влагостойкости микросхем и других воздействующих факторов.

Приводится оценка влагостойкости микросхем. Вместо длительных испытаний на влагостойкость в течение 56 суток была проведена оценка влагостойкости в течении 10 часов, по величине количества водяных паров в подкорпусном объеме (не более 5000 ppm) и оценке коррозионной устойчивости металлизации (по величине питтинговой (локальной) коррозии).

Рассмотрена возможность использования метода физико-технической экспертизы для других воздействующих факторов, в том числе длительных (испытаний на наработку до отказа в электрическом режиме при повышенной температуре). При этом физико-техническим методом проводится оценка электромиграции и зависимости пробоя диэлектрика от времени.

Показано, что методом физико-технической экспертизы, возможно проводить оценку правильности разработки по величине тепловых полей и электрических потенциалов.

Проведя физико-техническую экспертизу элементов конструкции и кристалла микросхемы, можно определить устойчивость ИС к внешним воздействующим факторам и оценить их качество.

Предложена методика экономической эффективности физико-технической экспертизы микросхем путем сопоставления затрат на проведение физико-технической экспертизы с затратами, связанными с испытаниями по выявлению качества ИС традиционными натурными методами. Приведены соответствующие аналитические выражения.

Приведен метод статистического контроля технологических процессов изготовления интегральных микросхем для партий малого объема при прерывистом производстве.

В отличие от других методов статистического контроля, данный метод позволяет осуществлять управление технологическим процессом (ТП) при достаточно ограниченном объеме статистических данных и может быть применен, если объем выборки составляет не менее 5 контролируемых точек (n  5).

Перед расчетом толерантных границ необходимо:

- исключить аномальные значения контролируемого параметра (аномальными являются значения измеряемой величины, резко отличающиеся от группы значений контролируемого параметра);

- проверить согласие опытного распределения значений параметра с нормальным законом.

В случае объединения данных измерений параметра для отдельных партий изделий, изготовленных в разное время, перед проверкой согласия опытного распределения значений параметра с нормальным законом следует проверить однородность данных выборок, то есть определить извлечены ли они из одной генеральной совокупности.

При нормальном распределении значений контролируемого параметра верхняя X_в и нижняя X_н толерантные (допустимые) границы определяются по формуле:


, (6.1)

где и S_j - среднее арифметическое и среднее квадратическое отк­лонение по результатам испытаний выборки:

K = K_n (, P)- коэффициент, зависящий от уровня доверительной вероятности (достовер­ности) , при доле Р значений параметра, попадающих в определяемые границы при объеме выборки n_j.

При одних и тех же значениях доверительной вероятности  и доли генеральной совокупности P значение коэффициента К тем больше, чем меньше объем выборки n_j. Таким образом, из формулы 6.1 видно что, при двухстороннем ограничении на параметр ширина толерантных границ прямо пропорциональна выборочному значению среднего квадратического отклонения и тем меньше, чем больше объем выборки.

Для осуществления контроля выходных параметров с приемлемым уровнем доверия при оценке результатов контроля технологических операций (ТО) уровни достоверности  и доли Р целесообразно брать не менее 0,90 - 0,95.

Оценку допустимых пределов для контролируемого параметра удобно выполнять с помощью построения диаграмм с нанесенными точками, соответствующими значениям измерений контролируемого параметра, и отмеченными допусками на данный параметр, а также толерантными границами для каждой партии.

После проведения расчета толерантных границ для каждой партии осуществляется сравнение полученных значений и результатов измерений с нормами на параметр. При этом порядок оценки полученных результатов сравнения может выполняться следующим образом:

1. при соответствии результатов измерений и толерантных границ для j-той партии требуемым нормам на параметр, результат считается положительным, и производится обработка результатов измерений для следующей произведенной партии;
   
2. если для партии j+1 имеет место случай единичного выхода толерантных границ за границы поля допуска (при соответствии результатов измерений нормам на параметр), такой результат нужно расценивать как предупреждающий сигнал для проверки состояния ТП. При этом целесообразно провести оценку и сравнение условий проведения ТО для партии j+1 с соответствующими условиями при изготовлении j-той партии, для которой выхода толерантных границ за поле допуска не наблюдалось;
   
3. при повторном выходе толерантных границ за границы поля допуска для партии j+2 необходимо обязательно проверить условия проведения ТО. Кроме того, целесообразно повторить расчет толерантных границ для объединенных с партией j+1 данных результатов измерений контролируемого параметра (то есть для объема выборки n = n_j+1 + n_j=2);
   
4. в случае выхода толерантных пределов за границы поля допуска и для объединенных данных, партия не поставляется, и принимается решение об обязательной проверке условий проведения ТО и проведении соответствующих мероприятий по корректировке (оптимизации) ТП.
   

Дана оценка эксплуатационной интенсивности отказов по результатам испытаний на безотказность и наработку.

В приложении приведены акты внедрения.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


1. Поставленная в работе задача по ускоренной оценке качества микросхем методами физико-технической экспертизы решалась на ос­нове теоретических и экспериментальных исследований, включающих:

- исследования влияния взаимосвязи и реализации конструктив­но-технологических решений на качество микросхем;

- исследование и выявление взаимосвязи видов дефектов и механиз­мов отказов микросхем с качеством технологических операций и применяемых материалов;

- разработку требований к процедурам проектирования, информационному обеспечению, тестовым структурам контроля параметров пластин, технологии, оценочных, демонстрационных и рабочих микросхем, библиотеке элементов и проектным нормам;

- разработку требований к процессам производства, технологическому процессу изготовления микросхем;

- разработку математической модели оценки точности визуального контроля при физико-технической экспертизе микросхем;

- дополнение и обоснование оптимальной системы отбраковочных испытаний;

- определение возможности уменьшения планов контроля при испытаниях микросхем повышенной функциональной сложности

- определение номенклатуры конструктивно-технологических характе­ристик микросхем, элементов, тестовых структур и метода их физи­ко-технического анализа;

- разработку надежностных характеристик СБИС на основе суперкрис­таллов;

- установление параметров, критериев и норм оценки качества мик­росхем по конструктивно-технологическим характеристикам и тесто­вым структурам;

- разработку порядка и маршрута физико-технической экспертизы микросхем;

- разработку и использование ранее разработанных методик для физико-технической экспертизы микросхем;

- проведение комплексной физико-технической экспертизы микросхем;

- проведение ускоренной оценки качества микросхем;

- рассмотрения возможности использования предлагаемой методики ускоренной оценки качества микросхем для других внешних воздейс­твующих факторов и в целом оценки качества микросхем;

Теоретические и физические исследования базируются на экспе­риментальных исследованиях причинно-следственных связей дефектов и отказов микросхем с конструктивно-технологическими характерис­тиками, технологическими операциями, качеством материалов (ста­тистических обобщений за многие годы проведения анализа отказов микросхем).

2. В результате экспериментальных исследований установлены:

- метод статистического контроля технологических процессов изготовления микросхем для партий малого объема при прерывистом производстве;

- влияние конструктивно-технологических решений, технологических операции, качества материалов на качество ИС. Наибольшее влияние на качество микросхем оказывают: технологические операции термо­компрессия и фотолитография, полупроводниковые материалы, фотошаб­лоны, корпуса.

- элементы, структуры, параметры и критерии оценки качества мик­росхем которые, целесообразно использовать при физико-технической экспертизе ИС.

Разработан маршрут проведения физико-технической экспертизы микросхем.

Проведена ускоренная оценка влагостойкости микросхем.

3. На основе исследований получены следующие результаты.

Проведена оценка возможности и даны рекомендации по применению методов статистического контроля и регулирования технологических процессов.

Разработан метод статистического контроля и регулирования технологических процессов, основанный на использовании толерантных пределов для проведения контроля технологических процессов при ограниченном объеме статистических данных и позволяющий осуществить статистический контроль качества при прерывистом производстве и поставках микросхем малыми партиями.

Разработаны требования к процедурам проектирования, информационному обеспечению, тестовым структурам контроля параметров пластин, технологии, оценочных, демонстрационных и рабочих микросхем, библиотеке элементов и проектным нормам.

Дополнена и обоснована система отбраковочных испытаний пластин и микросхем.

Определена возможность уменьшения планов контроля при испытаниях микросхем повышенной функциональной сложности.

Предложен метод ускоренной оценки качества микросхем методом физико-технической экспертизы (выявление физического состояния ИС, скрытых дефектов и предпосылок к отказам.).

На основе причинно-следственных связей отказов с конструкти­вно-технологическими характеристиками, технологическими операция­ми и качеством материалов определены структуры, элементы и узлы ИС, подлежащие экспертизе и проверяемые показатели для них.

Разработан рациональный маршрут проведения экспертизы, провер­ки параметров, элементов, структур и микросхем в целом.

Физико-техническая экспертиза при контроле сборочных операций включает контроль: герметичности, состава среды, содержание паров воды и проводимости, коррозионной стойкости.

При контроле качества кристалла осуществляется: проверка сов­мещения слоев, контроль термостабильности диэлектрика, оценка со­става и дефектности диэлектрика, контроль элементного состава, стабильности металлизации, электромиграции, времени жизни неосно­вных носителей заряда, распределение потенциала.

Определен перечень методик, используемых при проведении физи­ко-технической экспертизы ИС.

Установлены, критерии оценки (значений показателей) при про­верке структур, элементов и узлов.

Разработаны, уточнены методики для оценки качества микросхем.

На основе решения уравнения для рисков поставщика и заказчика разработана модель оценки эргономических характеристик оператора при визуальном контроле.

Предложен метод распределенного скользящего резервирования при кластерной организации матрицы процессорных элементов и 30 процентной аппаратной избыточности для серийного производства суперк­ристаллов со структурой типа однородная вычислительная среда (ОВС).

Получены соотношения для оценки вероятности выхода годных на этапе производства и вероятности безотказной работы на этапе экс­плуатации суперкристаллов ОВС.

Определен порядок проведения физико-технической экспертизы микросхем.

Приведена процедура контроля статических, динамических и до­полнительных параметров, диагностики по элементам и структурам, контроль качества кристалла.

Приведены аналитические соотношения расчета статистических показателей качества ИС.

Показана возможность использования методики ускоренной оценки влагостойкости мик­росхем методом физико-технической экспертизы.

Показана возможность ускоренной оценки качества микросхем при воздействии других внешних факторов, в том числе длительных испы­таний на наработку до отказа.

Методами физико-технической экспертизы возможно проводить оценку оптимальности разработки ИС по величине тепловых полей и электрических потенциалов.

Приведены аналитические соотношения по предельному отклонению значений удельного сопротивления по торцу слитка и площади плас­тины. В качестве критериев эффективности проектирования, а также качества выполнения технологических операций, обработки исходных материалов предложены: однородность распределения удельного соп­ротивления по площади пластины, однородность распределения време­ни жизни неосновных носителей заряда в слитке и пластинах монок­ристаллического кремния; удельное сопротивление и толщина эпитак­сиальных слоев в кремниевых однослойных эпитаксиальных структурах.

Предложена методика оценки экономической эффективности опре­деления качества ИС методами физико-технической экспертизы.


4. Результаты работы реализованы.

Общие положения обеспечения и контроля качества микросхем включены в ОСТ В 11 0998 «Микросхемы интегральные. Общие техничесике условия».

Требования к информационному обеспечению, тестовым структурам контроля параметров пластин, технологии, оценочных, демонстрационных и рабочих микросхем, библиотеке элементов и проектным нормам включены в ОСТ 11 0999 «Микросхемы интегральные. Обеспечение качества в процессе разработки. Требования к системе качества разработки».

Требования к процессам производства включены в стандарт ОСТ 11 20.9926 «Микросхемы интегральные. Требования к элементам производства. Сертификация систем качества и производств».

Оценка возможности использования и особенностей применения методов статистического контроля и регулирования технологического процесса включена в стандарт ОСТ 11 14.1011 «Микросхемы интегральные. Система и методы статистического контроля и регулирования технологического процесса».

Требования к технологическому процессу включены в стандарт ОСТ 11 14.1012 «Микросхемы интегральные. Технические требования к технологическому процессу. Система и методы операционного контроля».

Элементы, структуры, параметры критерии, маршрут, порядок проведения и методики физико-технической экспертизы включены в РД 22.12.174-94 "Микросхемы интегральные. Порядок и методы прове­дения физико-технической экспертизы при оценке качества". РД включен в комплекс стандартов на микросхемы (ОТУ).

5. Внедрение разработанных предложений по обеспечению качества, в том числе метода физико-технической экспертизы в процесс разработки и производства, для контроля качества микросхем при изго­товлении и выходном контроле, способствовало повышению качества микросхем.

Апробация положений диссертационной работы подтверждается тем, что все основные результаты включены в нормативно-техничес­кую документацию, регламентирующую оценку качества микросхем, об­суждены на международной научно-технической конференции по инфор­матике.

Требования разработанных стандартов реализованы в стандартах предприятий разработчиков-изготовителей микросхем.

Основные положения и научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дорошевич В.К., Мальцев П.П. Новый подход к проведению уско­ренных испытаний микросхем. МО РФ "Фундаментальные и поисковые исследования в интересах страны", вып. 77-78, 1993.

2. Дорошевич В.К., Мальцев П.П. Взаимосвязь видов, причин и ме­ханизмов отказов микросхем. МО РФ "Фундаментальные и поисковые исследования в интересах страны", вып. 77-78, 1993.

3. Дорошевич В.К., Дорошевич К.К., Критенко М.И. Комплексная оценка качества микросхем. МО РФ "Фундаментальные и поисковые исследования в интересах страны", вып. 77-78, 1993.

4. Гамкрелидзе С.А., Дорошевич В.К. Анализ эффективности реали­зации схем встроенного контроля в суперкристаллах. Труды 22 ЦНИ­ИИ МО. Вып. 42, 1992.

5. Гамкрелидзе С.А., Дорошевич В.К., Седов В.С. Расчет выхода годных суперкристаллов с архитектурой типа "Однородная вычисли­тельная среда". Международная научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика". Тезисы докладов. М., 1993.

6. Бондаревский А.С., Дорошевич В.К., Попова А.Н. Метрологичес­кая аттестация опраторов визуального контроля в производстве ИС. Труды Международной Академии информатизации. Отделение микроэ­лектроники и информатики. М., Зеленоград. Вып.1., 1994.

7. Дорошевич В.К., Перязев А.Н. Экономические аспекты критериев точности и настроенности технологических процессов. Материалы Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», М.: Часть 3, 2004, 253 с.

8. Дорошевич В.К. «Влияние качества материалов на качество микросхем», 234 «Материалы международной научно-технической конференции фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», 25-28, 10, 2005 г., Москва.

9. Дорошевич В.К. «Влияние технологических операций на качество микросхем», 237 «Материалы международной научно-технической конференции фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», 25-28, 10, 2005 г., Москва.

10. Дорошевич В.К. «Рекомендации к построению и содержанию нормативной документации предприятий по статистическому контролю и регулированию технологических процессов микросхем», 26-18, «Нано- и микросистемная техника» №6, 2008 г., Москва

11. Дорошевич В.К. «Методы статистического контроля технологического процесса изготовления микросхем и порядок их применения», 13-14, «Нано- и микросистемная техника» №7, 2008 г., Москва

12. Дорошевич В.К. «Требования к системе проектирования микросхем», 32-33, «Нано- и микросистемная техника» №5, 2008 г., Москва

13. Дорошевич В.К. «Требования к обеспечению качества и управлению технологическим процессом изготовления микросхем», 21-23, «Нано- и микросистемная техника» №9, 2008 г., Москва

14. Дорошевич В.К. «Переключающие испытания микросхем», ОСТ 11 073 013 «Микросхемы интегральные. Методы испытаний», дополнение № 1, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2003.

15. Дорошевич К.К., Критенко М.И., Баринов П.Е, Дорошевич В.К, и др.

Методики физико-технической экспертизы ИС. Приложение к РД 22.12.174-94 "Микросхемы интегральные порядок и методы проведения физико-технической экспертизы при оценке качества" , Изд-во Минобороны, 1994.

16. 22.12.174-94 "Микросхемы интегральные порядок и методы проведения физико-технической экспертизы при оценке качества"./ Ответственный исполнитель/, Изд-во Минобороны, 1994.

17. ОСТ 11 0999-99 «Микросхемы интегральные. Обеспечение качества в процессе разработки. Требования к системе качества разработки», /Ответственный исполнитель/,: Изд-во Минобороны, 1999.

18. ОСТ 11 20.9926-99 «Микросхемы интегральные. Требования к элементам производства. Сертификация систем качества и производств, /Ответственный исполнитель/,: Изд-во Минобороны, 1999.

19. ОСТ 11 14.1012-99 «Микросхемы интегральные. Технические требования к технологическому процессу. Система и методы операционного контроля», /Ответственный исполнитель/,: Изд-во Минобороны, 1999.

20. ОСТ В 11 0998-99 «микросхемы интегральные. Общие технические условия», /Ответственный исполнитель/,: Изд-во Минобороны, 1999.

21. ОСТ В 11 1010-2001 «Микросхемы интегральные, бескорпусные. Общие технические условия», /Ответственный исполнитель/,: Изд-во Минобороны, 2001.

22. ОСТ В 11 1009-2001 «Многокристальные модули, микросборки. Общие технические условия», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2001.

23. ОСТ 11 1000-99 «Микросхемы интегральные. Типовая форма программы обеспечения качества», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 1999.

24. Методика сравнительных испытаний конструкций СБИС с суперк­ристаллами./ Ответственный исполнитель/. Инв. 938, 22 ЦНИИИ МО, 1993.

25. Отчет по НИР "Исследование областей военно-технического приме­нения, методов обеспечения дефекто-отказоустойчивости, контролеп­ригодности и конструктивного исполнения суперкристаллов", "Электроника ВСН-ВНС" /Ответственный исполнитель/. Инв. 948, 22 ЦНИИИ МО, 1993.

26. Отчет по НИР "Исследование областей военно-технического приме­нения, методов обеспечения отказоустойчивости, контролепригоднос­ти и разработка методологии испытаний суперкристаллов для высо­коскоростных систем обработки данных", "Электроника ВСН-ВНС"/От­ветственный исполнитель/. Инв. 949 , 22 ЦНИИИ МО, 1993.

27. Отчет по НИР "Исследование влияния на суперкристаллы специаль­ных воздействующих факторов","Электроника ВСН-ВНС"/Ответственный исполнитель/. Инв. 950, 22 ЦНИИИ МО, 1993.

28. Отчет по НИР "Исследование областей военно-технического приме­нения, методов обеспечения дефекто-отказоустойчивости, контролеп­ригодности и разработка методологии испытаний суперкристаллов для высокоскоростных систем обработки данных", (анализ архитектур вы­числительных систем на суперкристалле),"Электроника ВСН-ВНС" /От­ветственный исполнитель/. Инв. 935, 22 ЦНИИИ МО, 1991.

29. Временное положение определяющее требования к обеспечению качества, правилам приемки и поставки интегральных микросхем с субмикронными размерами элементов, выпускаемых малыми партиями на автоматизированном комплексе», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2003.

30. Отчетные материалы по НИР «Осень-1», «Разработка нового поколения стандартов Минобороны России на интегральные микросхемы и их опробование на предприятиях промышленности», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 1995.

31. Отчетные материалы по НИР «Осень-2», «Исследование процессов конструктивно-технологического построения микроэлектронных датчиков и разработка требований по оценке их качества и надежности в интересах роботизированных РЭСВ», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 1995.

32. Отчетные материалы по НИР «Осень-5», «Разработка требований к технологическому процессу изготовления высокоинтегрированных изделий микроэлектроники, элементам системы качества, порядку и методам аттестации изготовителей», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 1997.

33. Отчетные материалы по НИР «Осень-6», «Разработка требований к системе и методам статистического контроля и регулирования технологического процесса изготовления микросхем», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 1997.

34. Отчетные материалы по НИР «Осень-3-22», «Разработка требований Минобороны России по обеспечению качества изделий микроэлектроники сверхвысокой функциональной сложности на основе гибридной технологии», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 1999.

35. Отчетные материалы по НИР «Осень-7», «Исследования по развитию методов испытаний интегральных микросхем, дополнению и корректировке действующей нормативной документации», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2003.

36. Отчет по НИР «Разработка предложений по реализации требований нового поколения НД на микросхемы в НД на разработку и производство интегральных микросхем с субмикронными размерами элементов, выпускаемых на автоматизированном производстве. Шифр «Кластер-М-22», /заместитель научного руководителя/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2004.

37. Отчет по НИР «Определение требований к обеспечению качества, правилам приемки и поставки интегральных микросхем с субмикронными размерами элементов, выпускаемых малыми партиями на автоматизированном комплексе, Шифр «Технология-22», /заместитель научного руководителя/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2003.

38. Отчетные материалы по НИР «Принцесса», «Обобщение и анализ результатов внедрения требований Минобороны России по обеспечению качества микросхем на этапе разработки и производства. Разработка предложений по дополнению и уточнению ОСТ В 11 0998-99 «Микросхемы интегральные. Общие технические условия», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2005.

39. Отчетные материалы по НИР «Принцесса», «Обобщение и анализ результатов внедрения требований Минобороны России по обеспечению качества микросхем на этапе разработки и производства. Разработка предложений по дополнению и уточнению ОСТ В 11 1010 «Микросхемы интегральные бескорпусные. Общие технические условия», /ответственный исполнитель/, ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2005.

40. Отчет по НИР «Исследования и анализ номенклатуры изделий ЭРИ межвидового применения, изготавливаемой предприятиями государств-участников СНГ в интересах разработки (модернизации) и производства
российских ВиВТ» (шифр «ВЭС-2007 - 22 ЦНИИИ»), / научный руководитель/, ФГУ «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2008.