МЕТОД КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПЛАСТИН ИОНАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

При подаче напряжения на затвор, сток, исток МДП транзисторов под действием поперечного затвор-карман и продольного сток-исток электрических полей происходит смещение мигрирующих ионов, присутствующих в их структуре. Поперечное поле приводит к миграции ионов в подзатворном диэлектрике, а продольное – к миграции ионов из диэлектрика, примыкающего к торцевым областям подзатворного диэлектрика, в подзатворный диэлектрик. Большая напряжённость поперечного и продольного электрических полей в подзатворном диэлектрике приводит к смещению зарядов в подзатворном диэлектрике. При подаче отрицательного напряжения на затвор мигрирующие положительные ионы в подзатворном окисле смещаются к границе затвор – окисел. Порог nМДП-транзистора при этом увеличивается, а pМДП-транзистора – уменьшается. При подаче положительного напряжения на затвор мигрирующие положительные ионы в подзатворном окисле смещаются к границе окисел – полупроводник. Порог nМДП-транзистора при этом уменьшается, а pМДП-транзистора – увеличивается. Продольное поле увеличивает количество зарядов в подзатворном диэлектрике. Скорость миграции увеличивается с ростом температуры. Смещение порогов транзисторов в интегральных схемах приводит к дрейфу их параметров и потере работоспособности аппаратуры. С целью отбраковки потенциально ненадёжных пластин проводятся испытания на термополевую стабильность. [1, 2]

Известен способ проведения испытаний на термополевую стабильность интегральных микросхем [3], включающий размещение изготовленной полупроводниковой пластины с кристаллами интегральной микросхемы на подогреваемом столике с контактирующим устройством, снятие первой вольт-фарадной характеристики при температуре 22 ± 5°С и графическое определение напряжения «отсечки» МДП конденсатора, проведение выдержки при подаче напряжения положительной полярности на затвор относительно подложки и напряжённости электрического поля 2 МВ/см при повышенной температуре 200°С и 300°С, снятие после остывания пластины второй вольт-фарадной характеристики при температуре 22 ± 5°С и графическое определение напряжения «отсечки» МДП конденсатора, вычисление величины термополевой стабильности как разности между вторым и первым значениями напряжения «отсечки» МДП конденсатора, причём до второго определения напряжения «отсечки» МДП конденсатора остывание пластины происходит без снятия напряжения с затвора.

Основными недостатками данного способа проведения испытаний на термополевую стабильность интегральных микросхем являются большая трудоёмкость и большое время проведения испытаний.

Необходимость нагревания и остывания при каждом испытании приводит к невозможности автоматизации процесса испытаний. Данный способ может быть осуществлён только в лабораторных условиях.

Сущность  нашего метода заключается в том, что способ проведения испытаний на термополевую стабильность интегральных микросхем, включающий размещение изготовленной полупроводниковой пластины с кристаллами интегральной микросхемы на подогреваемом столике с контактирующим устройством, проведение первого измерения порогового напряжения МДП транзистора, проведение выдержки при подаче напряжения положительной полярности на затвор относительно подложки и напряжённости электрического поля 2 – 3 МВ/см при повышенной температуре 160 – 200 °С, проведение второго измерения порогового напряжения МДП транзистора, определение величины термополевой стабильности как разности между вторым и первым измерениями порогового напряжения МДП транзистора; причём первое и второе измерения порогового напряжения МДП транзистора проводят при повышенной температуре и перед первым измерением порогового напряжения МДП транзистора на затвор и сток подают отрицательное напряжение.

Сопоставительный анализ предлагаемого метода с прототипом показывает, что заявляемый способ проведения испытаний на термополевую стабильность интегральных микросхем отличается от известного тем, что первое и второе измерения порогового напряжения МДП транзистора проводят при повышенной температуре и перед первым измерением порогового напряжения МДП транзистора на затвор и сток подают отрицательное напряжение.

Были проведены испытания на термополевую стабильность по предлагаемому способу и по способу-прототипу. В таблице 1. приведены результаты проведения испытаний на термополевую стабильность интегральных микросхем с наличием и без наличия загрязнения пластин ионами.

Таблица 1.

Результаты проведения испытаний на термополевую стабильность интегральных микросхем

В предлагаемом способе проведения испытаний исключается время на остывание пластины после проведения испытаний на повышенной температуре для определения второго значения порогового напряжения МДП транзистора. Поскольку первое и второе измерения значений порогового напряжения МДП транзистора проводятся при повышенной температуре, то процесс проведения испытаний возможно автоматизировать.

По результататам проведенной работы делаем вывод, что способ проведения испытаний на термополевую стабильность интегральных микросхем, включающий размещение изготовленной полупроводниковой пластины с кристаллами интегральной микросхемы на подогреваемом столике с контактирующим устройством, проведение первого измерения порогового напряжения МДП транзистора, проведение выдержки при подаче напряжения положительной полярности на затвор относительно подложки и напряжённости электрического поля 2 – 3 МВ/см при повышенной температуре 160 – 200 °С, проведение второго измерения порогового напряжения МДП транзистора, определение величины термополевой стабильности как разности между вторым и первым измерениями порогового напряжения МДП транзистора; отличающийся тем, что первое и второе измерения порогового напряжения МДП транзистора проводят при повышенной температуре и перед первым измерением порогового напряжения МДП транзистора на затвор и сток подают отрицательное напряжение.

В заключение можно сказать, что данный метод относится к области микроэлектроники и может быть использован для контроля уровня загрязнения пластин ионами при производстве интегральных микросхем и полупроводниковых приборов.

Техническим результатом данного метода является ускорение и автоматизация процесса проведения испытаний на термополевую стабильность.

Список литературы:

1. Зи С. Технология СБИС / С. Зи. – М.: Мир, 1986. Книга 1, с. 149 – 155.
2. Микросхемы интегральные. Общие технические условия: ОСТ В 11 0398-2000. – Введ. с 01.01.2000 до 01.01.2004 / Предприятием ООО «Компания АЛС и ТЕК», 2000. – 141 c.
3. Микросхемы интегральные. Технические требования к технологическому процессу. Система и методы операционного контроля: ОСТ 11 14 1012-99 / Ответственный исполнитель. – Изд-во Минобороны, 1999. с. 33 – 34.