Контрольно - измерительное и испытательное оборудование

 

В производстве ИС важное место принадлежит контролю ка­чества проведения. технологического процесса, состоящего из нескольких десятков различных операций и .переходов. Несо­вершенство и нестабильность отдельных технологических операций и оборудования, приводящие к невоспроизводимости и разбросу параметров изготовленных структур, ошибки опера­торов делают неизбежным появление дефектов в процессе изго­товления ИС. Поэтому для обнаружения дефектов и устране­ния дефектных структур из последующего цикла изготовления, а также для проверки соответствия изготовленной ИС требо­ваниям технических условий используется контрольно-измеритель­ное оборудование.

Различают два вида контроля ИС: производственный и кон­троль готовых структур. Производственный контроль является составной частью технологического процесса и направлен на обнаружение явных и скрытых дефектов. Этот контроль может носить как пассивный, так и активный диагностический ха­рактер. Производственный контроль охватывает целый комплекс различных физических, химических и электрических методов измерений как материалов, полуфабрикатов, структурных эле­ментов и готовых ИС, так и технологических режимов и пара­метров отдельных операций.

Контролируется качество обработки полупроводниковых под­ложек, эпитаксиально выращенных полупроводниковых пленок, а также диэлектрических, металлических, магнитных и других пленок, качество диффузии и ионного легирования, отжига по­лупроводниковых структур, качество проведения микролитогра­фии, травления, сборочных и заключительных операций.

Разработано большое число методов анализа поверхности и приповерхностных слоев. Эти методы классифицируются по ти­пам возбуждающего и регистрируемого излучений, приняты сле­дующие обозначения: ЭСХА — электронная спектроскопия для химического анализа; УФЭС — ультрафиолетовая фотоэлектрон­ная спектроскопия; ЭЗМА — электронно-зондовый микроанализ; СПВ — спектроскопия потенциалов возбуждения; ЭМ — электрон­ная микроскопия; РЭМ — растровая ЭМ; ОЭС — Оже-электронная спектроскопия; ДМЭ — дифракция медных электронов; ДБЭО — дифракция быстрых электронов на отражение; ИС — ионизационная спектроскопия; СПЭ — спектроскопия потерь энергии; ЭФИБ — эмиссия фотонов при ионной бомбардировке; ИОЭС — ионная Оже-электронная спектроскопия; РИНЭ — рас­сеяние ионов низких энергий; РИВЭ —рассеяние ионов высоких энергий; МСВИ — масс-спектроскопия вторичных ионов; ИМА — ионно-зондовый микроанализ; ПМЗ — протонный микрозонд.

Для исследования образцов указанными выше методами не­обходимо осуществлять их препарирование. Послойное стравли­вание образцов проводят с помощью избирательных травителей, воздействующих либо на пленку, либо на подложку. Все боль­шее распространение для препарирования образцов находит ме­тод ионного распыления. При этом одновременно с распылением.

Полупроводниковые приборы и микросхемы применяют в разнообразной аппаратуре, работающей в самых различ­ных условиях: при повышенной влажности, резком изме­нении температуры и т. п.

Почти для всех видов аппаратуры (в особенности косми­ческой, авиационной, медицинской, корабельной) необхо­димы долговечность и практическая безотказность комплектующих полупроводниковых приборов и микросхем в тече­ние всего времени их работы и хранения. Высокая надеж­ность приборов и микросхем обеспечивается не только качеством и воспроизводимостью технологии их изготовле­ния, но и полнотой отбраковочных испытаний и контроля на всех стадиях производства.

После сборочных операций приборы или микросхемы должны пройти ряд технологических (отбраковочных) испытаний, включающих в себя комплекс различных воз­действий, измерение основных электрических параметров и визуальный контроль. Это обусловлено тем, что отдель­ные приборы после сборки могут иметь скрытые дефекты, образованные вследствие несовершенной конструкции и от­клонения технологических режимов при монтаже и герме­тизации; они не выдержат длительной работы в уст­ройствах при различных воздействиях, которые оговорены техническими условиями. В результате технологических испытаний такие изделия отбраковывают.

Выдержавшими испытания считаются приборы и мик­росхемы, которые после испытаний не изменили своей конст­руктивной формы и внешнего вида, сохранили герметич­ность корпуса и электрические параметры.

В полупроводниковой промышленности установлены сле­дующие виды технологических (отбраковочных) испытаний

и контроля: визуальный контроль до герметизации; ме­ханические, климатические и электрические испытания после герметизации; проверка герметичности; визуальный контроль внешнего вида; рентгенотелевизионный контроль.

Состав и последовательность технологических испыта­ний (табл. 24) устанавливают в технологической докумен­тации, исходя из особенностей конструкции приборов и микросхем и технологических процессов их изготовления с учетом видов дефектов и механизмов отказов, характер­ных для данного типа изделия и его назначения.

Визуальный контроль приборов и микросхем проводят до и после герметизации. Визуальным контролем до гер­метизации устанавливают состояние поверхности кристал­ла, элементов конструкции и качества монтажа, а после герметизации — дефекты приборов и микросхем, возникшие при их герметизации. При контроле рекомендуется ис­пользовать образцы внешнего вида прибора или микросхе­мы, рисунки и фотографии, иллюстрирующие дефекты, по ко­торым бракуется прибор.

Ренгенотелевизионный контроль проводят с целью непосредственного наблюдения и исследования внутренней структуры приборов и микросхем. Он предназначен для до­полнительной проверки качества сборки и оценки эффектив­ности визуального контроля до герметизации.

Климатические испытания включают испытания на воз­действие повышенной температуры, на воздействие смены температур и на влагостойкость.

Испытания на воздействие повышенной температуры предназначены для стабилизации параметров. Их проводят в камерах теплоты, обеспечивающих заданную темпера­туру (от 70 до 200 °С) в течение заданного времени. Ре­комендуемая длительность термовыдержки 48±4 ч. Режимы указываются в технологической документации.

Испытания на воздействие смены температур (термоциклирование) применяют для проверки качества выполнен­ных ранее различных внутренних соединений прибора, прочности металлостеклянных спаев, качества защиты. Изделия подвергают воздействию не менее трех непрерыв­но следующих друг за другом циклов. Каждый цикл состоит из двух этапов выдержки изделий в камерах теплоты и холода, обеспечивающих заданный режим. В камере теплоты и холода (рис.16.1) устанавливается заданный темпе­ратурный режим не более чем за 5 мин после загруз­ки в них приборов. Нижнее значение температуры уста­навливается — 60 °С, верхнее выбирают из ряда от 70 до 175 °С. Время переноса изделий из камеры холода в ка­меру теплоты и обратно не должно превышать 1 мин.

В настоящее время в промышленности при испыта­нии на воздействие смены температур наиболее широко применяют специальные камеры РКТЦ-65-200. Цикличес­кое изменение температуры вызывает изменения линей­ных размеров всех деталей приборов и микросхем. Нена­дежные спаи дадут трещины, обрывы, плохое лаковое по­крытие может обнажить электрический переход. Приборы с нарушениями обнаруживают путем внешнего осмотра и изме­рения основных электрических параметров.

Испытание на влагостойкость применяют для выявления дефектов пластмассовых конструкций. Изделия выдержи­вают в камере влажности при 50 или 85 °С и относительной влажности 85±3% или 95±3% не менее 2 сут.

В камере влажности устанавливаются заданные значе­ния температуры и влажности. Она выполнена в виде шкафа и состоит из каркаса с обшивкой, рабочей камеры, систем нагрева и автоматического регулирования теплоты, систем создания и автоматического регулирования влажности.

 

 

 

 

Рисунок 16.1- Камера теплоты и холода КТХ-0,4-65/155

1 –пенопласт, 2 –рабочий объем камеры, 3 –дверь, 4 –блокировочная кнопка, 5 – панель управления,6-пульт управления,7,11- запорные вентили,8-конденсатор,9- каркас,10-съемная панель,12- реле давления,13- конденсатор-испаритель,14- нагреватель,15- выключатель,16- вентилятор,17- привод вентилятора,18,19- испарители фреона-22 и фреона-13,20- датчики температуры,21- перегородка.

 

Испытания на стойкость к механическим воздейст­виям служат для проверки механической прочности конст­рукции и качества выполненных ранее внутренних сое­динений (приварка выводов, спаев керамики и стекла с ме­таллами и пр.). С помощью этих испытаний устанавли­вают, не образуются ли кратковременные либо постоян­ные короткие замыкания или обрывы.

Как указывалось выше, в технологии изготовления по­лупроводниковых приборов и микросхем используют испы­тания на воздействие одиночных ударов и испытания на воздействие линейных (центробежных) нагрузок.

При испытании на воздействие одиночных ударов при­боры с помощью специального приспособления жестко закреплены на платформе испытательной установки. Вели­чина ускорения и длительность ударного импульса ука­зываются в технологической документации. На рис. 16.2 по­казана кинематическая схема ударного стенда.

Принцип действия ударного стенда основан на свобод­ном падении стола (массивной стальной плиты) с испытываемыми изделиями; падая, плита ударяется об опоры.

Передача ударных нагрузок осуществляется по следую­щей кинематической цепи. От электродвигателя 7 вращение передается на червячный редуктор 8 и горизонтальный вал 9. На валу жестко закреплен кулачок 10, на который опи­рается вертикальный шток 4. На штоке смонтирована удар­ная пружина 6, которая нижним концом упирается во фла­нец, жестко закрепленный на штоке, а верхним — в ста­кан планки 5. Планка регулировочными винтами // свя­зана с плитой основания стенда. При изменении длины пружины изменяется ударная нагрузка. Ударные импульсы устанавливают с помощью линейки 12. При совмещении стрелки, расположенной на планке 5, можно быстро нала­живать стенд на заданные ударные нагрузки.

Верхний конец штока 4 оканчивается фланцем, который через стержень 14 связан со стаканом 3. Ударный им­пульс возникает после удара штока 4 в стакан 3 под дейст­вием ударной пружины. Между корпусом стенда / и плитой 2, а также между стаканом 3 и направляющей установ­лены прокладки 15, оказывающие влияние на длительность ударного импульса. Плита 2 фиксируется на колонках 13.

При вращении кулачка 10 шток поднимается вверх, сжи­мает ударную пружину и поднимает направляющие с пли­той на 3—4 мм. При падении шток под действием удар­ной пружины ударяет в стакан, удар передается на плиту и корпус с приборами. Частота ударов регулируется часто­той вращения электродвигателя от пульта управления.

Отдельные типы микросхем и особенно приборы в микро­модульном исполнении подвергают испытаниям на удар с ин­дикацией обрывов электродов путем простукивания специ­альным механическим молоточком. Микросхемы или приборы загружают в специальные зажимы, укрепленные на плите приспособления, по которым с определенной силой и час­тотой ударяет механический молоточек. При наличии кратковременного обрыва в испытуемой интегральной микросхеме с резистора снимается положительный импульс нап­ряжения, который фиксируется индикаторным устройством.

Испытание на воздействие линейных (центробежных) нагрузок предназначено для выявления приборов с дефек­тами монтажа и ослабленными узлами соединений выво­дов и корпуса.

Приборы или микросхемы с помощью специального при­способления закрепляют на роторе центрифуги так, чтобы обеспечить приложение линейного ускорения заданной вели­чины и направления. Величина линейного ускорения ус­танавливается в технологической документации исходя из особенностей конструкции прибора

 

 

 

Рисунок 16.2 – Кинематическая схема ударного стенда

1 –стол стенда, 2 –плита, 3 –стакан, 4 –шток, 5 – планка,6- ударная пружина,7- электродвигатель,8- червячный редуктор,9- горизонтальный вал, 10- кулачок, 11- регулировочный винт,12- линейка,13- колонка,14- стержень,15- резиновые прокладки

 

Испытания проводят при воздействии линейного ускоре­ния в одном наиболее опасном направлении. Продолжи­тельность воздействия 1 мин.

 

В процессе производства полупроводниковых приборов и ИС подложки проходят через большое число операций (до 200). Однако в процессе производства только несколько десятков ключевых операций (20-50) имеют прямое влияние на характеристики приборов.

Производственный контроль включает:

 

· Контроль технологических процессов;

· Операционный контроль;

· Приемочный контроль.

 

Что должны контролировать и измерять ?

1. Геометрические размеры элементов (ширина, толщина, глубина залегания, рельеф травления).

2. Электрофизические характеристики слоев (ρv,ТКС, концентрация, профиль концентрации, ε, tg δ, Епφ, Nss, BAX,ВФХ,тип проводимости).

3. Химические (состав, скорость травления).

4. Механические характеристики (механические напряжения, плотность, твердость, трибологические характеристики, адгезия).

5. Кристаллографические характеристики (структура, наличие дефектов, размер зерна, и т. п.)

 

К жесткому коромыслу 4, установленному на шарнире 6, прикреплена корундовая игла 3 и подвижный груз W0, служащий для компенсации веса индентора. Механизм 5 обеспечивает мягкое опускание иглы под действием нагрузки W на образец 2.

· Метод нормального отрыва;

· Метод липкой ленты.

 

Таблица16.1- Состав и последовательность технологических испытаний

 

Вид контроля и испытаний Приборы в пластмассовом корпусе не имеющие внутренних полостей Приборы имеющие внутреннюю полость
  • Визуальный контроль дл герметизации
  • Испытание на воздействие повышенной температуры
  • Испытание на термоцикличность
  • Испытание на воздействие одиночных ударов
  • Испытание на воздействие линейных нагрузок
  • Контроль герметичности
  • Испытание на влагостойкость
  • Электротренировка
  • Визуальный контроль внешнего вида
  • Рентгенотелевизионный контроль
  +   +   +     +   + +   +   +   +     +   +   +   + +

 

Климатические испытания включают испытание на воздействие повышенной температуры, смены температуры и на влагостойкость. Для м/схем специального назначения добавляются испытания на морской туман, испытания на грибок.

Испытания на повышенную температуру проводят при 70-2000С в течение 48 ±44.

Испытание на воздействие смены температуры проводят при-600С до или 1750С

Испытание на влагостойкость: Т=50 и 850С; влажность 85 ±3% или 95 ±3% в течение 48 часов.

Полупроводниковые приборы и м/схемы, применяются в разнообразной аппаратуре, работающей в самых разнообразных условиях, при повышенной влажности, резком изменении температуры и т.д.

Почти для всех видов аппаратуры (в особенности для космической, авиационной, корабельной и медицинской) необходима долговечность и практическая безотказность в течение всего времени работы и хранения.

После сборочных операции приборы или м/схемы должны пройти ряд технологических (отбраковочных) испытаний. Выдержавшими испытания считаются приборы и м/схемы, которые не изменили своей конструктивной формы и внешнего вида, сохранили герметичность корпуса и электрические параметры.

Рентгенотелевизионный контроль.по сравнению с оптической микроскопией обладает более высокими значениями пространственного разрешения и глубины резкости, а также возможностью одновременного проведения химического атомарного анализа.

На рисунке представлена блок-схема растрового ЭМ. Электроны генерируются э/пушкой с ускорением напряжения 0,5-25КВ, затем фокусируются в пучок малого диаметра, 0,1-1 мкм, разворачиваемый в растр на поверхность образца. При этом возбуждаются 3 типа излучения: рентгеновское, вторичные электроны и отраженные электроны.

Ток вторичных электронов используется для модуляции интенсивности электронного луча в ЭЛТ. Поскольку развертка электронного луча в ЭЛТ синхронизирована с разверткой первичного э/пучка, на экране ЭЛТ формируется изображение поверхности образца, яркость отдельных элементов которого определяется изменениями интенсивности вторичных или отраженных электронов.

Для проведения химического анализа используется рентгеновское излучение.








Дата добавления: 2016-01-29; просмотров: 1884;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.018 сек.