Но если в процессе серийного изготовления было внедрено новое конструктивно-технологическое решение, направленное на повышение качества и надежности изделий, проведена замена оборудования на новое с меньшими допусками или внедрена автоматизация технологического процесса и т.п., то надежность выпускаемых изделий может быть повышена на величину ∆Р относительно величины Ро. Тогда в общем случае для серийно выпускаемых ИС величина надежности равна:
Р = Ро ∆Р
Данное положение является основой для работы над повышением надежности ИС в процессе их серийного производства.
Оптимизация конструкции и технологии ИС невозможна без использования данных о надежности, поэтому можно говорить о взаимосвязанной совокупности трех факторов: проектирования, изготовления и надежности (рис.10.1).
Рис.10.1. Треугольник (конструкция – технология – надежность) иллюстрирует взаимосвязь между процессом проектирования, изготовления и надежности ИС
В настоящее время идет процесс замены пластин диаметра 150 мм на пластины диаметром 200 мм, рассматриваются возможности увеличения диаметра пластин до 300 мм. Все это связано с крайне сложными техническими проблемами: необходимостью обеспечения равномерного состава материала по всей толщине полупроводниковой пластины, параллельности верхней и нижней поверхностей кремниевой пластины, отсутствие малейших деформаций пластин увеличенных размеров, с обеспечением равномерности обработки пластин повышенных диаметров и т.п. Несоблюдение хотя бы одного из указанных требований может заметно уменьшать выход годных кристаллов.
Управляемость и стабильность технологического процесса характеризуют его надежность за данный промежуток времени. Управляемость технологического процесса зависит от точности и воспроизводимости отдельных технологических операций.
Функционирование многооперационных технологических процессов производства ППИ сопровождается случайными возмущениями, выражающимися в отклонении показателей. Очевидно, чем позже на стадии производства обнаруживается отклонение этих показателей, тем к большим технологическим потерям это ведет. Чтобы избежать этого, в управляемом технологическом процессе применяется активный метод контроля.
При изготовлении ППИ имеют дело с партиями ограниченного объема, поэтому для получения необходимой информации вводится стопроцентный контроль изделий на ряде основных операций, что дает возможность по абсолютным значениям параметров изделий судить об управляемости и стабильности технологических процессов.
Активный метод контроля предполагает после выяснения причин отклонения процесса от оптимального обязательную обратную связь воздействия на технологический процесс в целях его регулирования или ликвидации нарушений. Поэтому наибольшую надежность обеспечивают регулируемые технологические процессы, в которых имеется возможность обратного воздействия на них по результатам выходных испытаний. Технологический процесс необходимо осуществлять так, чтобы исключить влияние оператора на надежность изготавливаемых изделий.
10.2. Система получения и использования информации при проведении работ по повышению надежности ППИ.
Опыт работы в электронной промышленности позволил разработать систему получения и использования информации при проведении работ по повышению надежности ППИ.
Рис.10.2. Система получения и использования информации при проведении работ по повышению надежности в процессе их серийного производства
10.3. Требования по обеспечению и контролю качества ИС в процессе производства.
В отечественной электронной промышленности существуют директивные документы, которые определяют общие требования к обеспечению качества в процессе производства.
Например, для ИС эти требования сформулированы следующим образом.
На предприятии-изготовителе ИС должны действовать документы, устанавливающие:
a) порядок обучения и аттестации производственного персонала, участвующего в изготовлении и контроле качества ИС по всему технологическому процессу;
b) порядок проверки производственного оборудования, периодичность проверки и, в необходимых случаях, методы его проверки;
c) порядок проверки выполнения требований, предъявляемых к производственным помещениям и рабочим местам (запыленность, влажность, температура, агрессивность среды);
d) порядок проверки технологического процесса;
e) порядок учета, хранения, обращения конструкторской и технологической документации;
f) порядок и методы входного контроля поступающих материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий;
g) порядок проведения анализа дефектных ИС и осуществления мероприятий по устранению причин их появления;
h) порядок организации анализа и учета технологических потерь в производстве;
i) порядок анализа рекламаций и согласования мероприятий, внедряемых в производство по результатам анализа.
В составе технологического процесса должны быть предусмотрены 100%-ные отбраковочные испытания. Перечень обязательных отбраковочных испытаний предусматривается в общих технических условиях на ИС.
Нормы на электрические параметры, устанавливаемые в технологической документации для проверки собранных в копус ИС, кроме функционального контроля, должны быть более жесткими в сравнении с нормами, устанавливаемыми в технологических условиях на ИС конкретных типов.
10.4. Технологические методы повышения надежности ИС в процессе серийного производства.
Процесс изготовления ИС, как правило, делится на три участка: участок формирования структур на пластине, участок сборки и финишный участок, т.е. участок выходного контроля.
Система бездефектного изготовления изделий в большей степени является организационной и не исключает, например, для ИС технических, физико-химических несовершенств технологических операций и процессов. Поэтому широко распространены технологические методы повышения надежности ИС в процессе серийного производства (рис.10.3).
Рис.10.3. Схема реализации технологических методов повышения надежности ИС в процессе серийного производства
Среди многочисленных способов энергетического воздействия на физико-химическую систему кристалла ИС основное место занимает тепловое воздействие, которое практически используется при проведении всех технологических процессов ИС (кроме фотолитографии и травления).
Одним из основных путей повышения надежности ИС является снижение температуры и использование нетермической активации основных физико-химических процессов технологии изготовления.
Например, существенные преимущества дает применение когерентных излучений, обеспечивающих высокую селективность воздействия лишь на отдельные участки. Подобное воздействие осуществляется излучением как в УФ-, так и в ИК-области спектра, а также комбинированным воздействием в обеих областях.
Технологический процесс изготовления ИС состоит из более ста операций. Каждая технологическая операция необходима для последовательного получения структур ИС и схемы в сборе.
Наряду с необходимым положительным качеством технологическая операция может вносить и отрицательные качества, на устранение которых зачастую направлены последующие технологические операции. Но известны технологические процессы, где отрицательные влияния технологической операции на процесс выхода годных, структуру и электрические параметры компенсируются в процессе проведения данной операции. Например, введение хлорсодержащей добавки в инертную атмосферу на операции разгонки при двухстадийной диффузии фосфора приводит к уменьшению дефектности структуры и снижению токов утечки изделий.
Технологию, в которой в процессе проведения технологической операции одновременно проводится процесс, направленный на устранение или значительное снижение отрицательных последствий данной операции на изделие, будет называть компенсирующей технологией.
Как видно из рис 10.3, к технологическим методам повышения надежности ИС относится также применение отбраковочных испытаний и альтернативных методов отбраковки потенциально ненадежных изделий. Эти два метода относятся к методам повышения надежности выпускаемых партий ИС, так же как и метод выравнивающей технологии. Снижение температуры технологических операций и применение компенсирующей технологии относятся к методам повышения надежности каждого выпускаемого изделия.
Контрольные вопросы:
1. Какой показатель качества существует в настоящее время в мировой практике для полупроводниковых изделий?
2. Расскажите, как влияет ритмичность выпуска изделий на качество изделий.
3. Поясните Р = Ро ∆Р
4. Расскажите об активном методе контроля технологического процесса изготовления ППИ.
5. Поясните схему системы получения и использования информации при проведении работ по повышению надежности ППИ в процессе их серийного производства.
6. Назовите основные требования по обеспечению качества ИС.
7. Нарисуйте схему реализации технологических методов повышения надежности ИС в серийном производстве.
8. Какие технологические методы относятся к методам повышения надежности партий ИС, а какие – к каждой выпускаемой схеме.
Содержание
Глава 1. Исторический обзор развития микроэлектроники. 2
1.1. Основные направления развития электроники. 2
1.2. История развития микроэлектроники. 3
Глава 2. Общие сведения о полупроводниках. 5
2.1. Полупроводники и их электрофизические свойства. 5
2.2. Структура полупроводниковых кристаллов. 7
2.3. Свободные носители зарядов в полупроводниках. 10
2.4. Элементы зонной теории твердого тела. 12
Глава 3. Методы получения монокристаллов кремния. 16
3.1. Метод Чохральского. 16
3.2. Метод зонной плавки. 16
Глава 4. Электронно-дырочный переход. 18
4.1. Образование p-n-перехода. 19
4.2. Вольтамперная характеристика p-n-перехода. 21
Глава 5. Биполярные и полевые транзисторы. 23
5.1. Структура биполярных транзисторов и принцип действия. 23
5.2. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом. 25
5.3. МДП-транзисторы. 26
5.4. Методы получения транзисторов. 28
Глава 6. Интегральные схемы. 30
6.1. Общие понятия. 30
6.2. Элементы биполярных полупроводниковых ИС. 31
6.3. Элементы ИС на МДП-структуре. 31
Глава 7. Большие интегральные схемы. 35
7.1. Общие положения. 35
7.2. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты. 36
Глава 8. Технологический процесс изготовления ИС. 39
Глава 9. Гибридные интегральные схемы. 41
Глава 10. Методы обеспечения качества и надежности в процессе серийного производства ППИ. 43
10.1. Общие понятия. 43
10.2. Система получения и использования информации при проведении работ по повышению надежности ППИ. 45
10.3. Требования по обеспечению и контролю качества ИС в процессе производства. 46
10.4. Технологические методы повышения надежности ИС в процессе серийного производства. 47
Вопросы контрольной работы по курсу «Введение в микроэлектронику». 50
Литература 53
Вопросы контрольной работы по курсу «Введение в микроэлектронику».
1.
а) б) в)
На каком рисунке представлена зонная диаграмма собственного полупроводника?
2.
На каком рисунке представлена зонная диаграмма кремния, на каком – германия?
3.
Какая вольтамперная характеристика принадлежит Ge, какая – Si?
4.
Какая вольтамперная характеристика снята при повышенной температуре?
5.
На каком рисунке показана структура сплавного, диффузионного и точечного диода?
6.
Расставьте на условном обозначении электроды
транзистора (эмиттер, коллектор, база). На каком рисунке условно показан p-n-p-транзистор,
а на каком –
n-p-n-транзистор?
7.
а) б)
На каком разрезе структуры МДП-транзисторов показан транзистор с индуцированным каналом, на каком – со встроенным каналом?
8.
По электрической схеме нарисуйте структуру ИС с изоляцией p-n-переходом (в разрезе).
9. ИС типа КР1005ВЕ1 содержит 3000 элементов, ИС типа 106ЛБ1 содержит 18 элементов. Какая из этих схем относится к схемам средней степени, какая к БИС?
10. На каком жизненном цикле ИС реализуется
требование Р = Ро ∆Р?
Литература
1. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность: Учебное пособие – М.: Высшая школа, 1986.-464с.
2. Готра З.Ю. Технология микропроцессорных устройств: Справочник – М.: Радио и связь, 1991.-528с.
3. Балашов Ю.С., Горлов М.И. Физические основы функционирования интегральных устройств микроэлектроники. Учебное пособие. - Воронеж: ВГТУ, 2002.-160с.
4. Горлов М.И., Ануфриев Л.И. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых изделий в процессе серийного производства. - М.: Бесптринт, 2003.-202с.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
