Курсовая работа: Технологія випробування мікросхеми К155 ЛА7 за категорією К5

- товщини фоторезистора;

- рівня двох поверхонь, призначених для приєднання;

- товщини епітаксій них шарів та ін.

Для цих цілей використовуються мікроінтерферометри МІІ-4, МІІ-9. В цих мікроінтерферометрах використовується амплітудне розщеплення променів за схемою Майкельсона (рис.1.)

Рисунок 1.1 – Спрощена схема інтерферометра Майкельсона

1.1.3 Поляризаційний метод

Поляризаційний метод ґрунтується на отриманні інформації про вимірювання параметрів поляризації оптичного випромінювання в результаті взаємодії його з об’єктом в процесі відображення, заломлення або поглинання.

Контроль стану поверхні пластин, параметрів тонких поверхневих шарів і меж розділу між ними – одна з головних умов отримання якісних і надійних ІМ. Такий контроль необхідний в першу чергу на стадії обробки технологічного процесу, після чого слід проводити вибірковий контроль. Одним з самих точних і чутливих методів контролю є еліпсометричний метод (відображувана поляриметрія), заснований на аналізі зміни поляризації пучка поляризованого монохроматичного світла при його відображенні від дослідного об’єкта. При цьому використовується висока чутливість стану поляризації світла до властивостей і параметрів поверхневих та приповерхневих областей дослідної відображуючої системи при падінні пучка променів з нахилом. Так як за звичай вимірюються параметри еліптично поляризованого світла, метод названий еліпсометричним або просто еліпсометрією.

1.1.4 Фотометричний метод

Цей метод ґрунтується на вимірюванні інтенсивності випромінювання, відображеного контрольованою структурою. Фотометричний метод використовується для контролю процесів осідання і травлення плівок різного складу: діелектричних, провідних, напівпровідникових. В законі зміни інтенсивності відображеного випромінювання закладена інформація про зміни товщини плівки. Фотометричний метод забезпечує контроль параметрів процесів росту і травлення тонких плівок в умовах, в яких неможливо розмістити який-небудь датчик, не впливаючи на протікання самого процесу і не порушивши склад середи реакції. Прикладом реалізації цього методу є контроль товщини і швидкості осідання резистивних і провідних плівок при напилені їх на ситалову подложку. Інтенсивність відображення світла змінюється разом із зміною товщини плівок, тому для визначення товщини плівки може бути застосовано точне вимірювання інтенсивності.

1.1.5 Спектральний метод

Спектральний метод заснований на отриманні інформації про дослідний виріб за спектральним складом оптичного випромінювання, збудженого зовнішнім впливом, і за змінами спектрального складу прохідного, відображеного або розсіяного випромінювання. Оптична спектроскопія відноситься до числа найбільш важливих фізичних методів аналізу хімічного складу матеріалів електронної техніки. Необхідність такого аналізу викликана тим, що при виробництві ІМ використовують особливо чисті матеріали. Для визначення елементного складу неорганічних матеріалів широко використовується атомний спектральний аналіз: емісійний (дослідження спектрів випускання збуджених атомів) і абсорбційних (дослідження спектрів поглинання атомів при їх збудженні). Для отримання інформації про органічні матеріали найбільш перспективний метод інфрачервоної спектроскопії. За допомогою цього методу визначають наявність органічних забруднень на поверхні напівпровідникових пластин, використовуючи інфрачервоний спектрофотометр ІКС-14а.

1.1.6 Метод лазерного сканування

Метод ґрунтується на процесі оптичної генерації вільних носіїв в напівпровіднику. При поглинанні світла з енергією кванта, що перевищує ширину забороненої зони, в шарі напівпровідника товщиною (де – коефіцієнт поглинання)виникають вільні носії обох типів. Якщо в межах двох-трьох дифузійних довжин від області генерації знаходиться потенційний бар’єр будь-якого походження, то збиткові електрони і дірки, що дійшли в результаті до дифузії до цього бар’єру, під дією внутрішнього поля розділяються і рухаються в протилежних напрямках. При цьому в зовнішньому колі виникає фото-ЕРС або фотострум. З наближенням світлового зонду до області бар’єру фотовідповідь збільшується пропорційно числу розділених полем носіїв і досягає максимуму при освітлені області об’ємного заряду. Якщо сканувати поверхню напівпровідникової структури оптичним зондом і реєструвати в кожній точці фотострум, то картина розподілу фотоструму, так зване фотовідповідне зображення структури, буде відображати положення -переходів та інших потенційних бар’єрів. Метод лазерного сканування використовується в процесі виробництва ІМ для аналізу причин браку, для перевірки ІМ на функціонування. Необхідно відмітити, що оперативному контролю дефектів за допомогою лазерного сканування в виробництві ІМ повинні передувати розробка методик вимірювання для кожної схеми (з зазначенням величини і полярності напруги живлення, схеми включення, довжини хвилі і інтенсивності випромінювання лазера) та складання атласу еталонних фотовідповідних зображень.

1.2 Методи контролю розподілу температурних полів

Ці методи застосовуються для контролю теплових режимів ІМ, розподілу температури по поверхні, виявлення зон локального перегріву, контролю струморозподілу виявлення областей підвищеного (зниженого) опору, визначення наступних видів відмов: коротких замикань, обривів металізації; пробоїв окислу, великих струмів витоків та ін. контроль теплових режимів проводиться на етапі розробки ІМ з ціллю вирішення питань раціональної компоновки елементів схем, створення оптимальних топологій. Теплові методи контролю також використовуються в процесі виробництва ІМ для відбраковки потенційно не надійних виробів з аномальним тепловим режимом і аналізу схем, що відмовили.

Методи контролю температурного розподілу засновані на реєстрації теплових полів в контрольованому виробі. Для визначення температури використовують будь-яку фізичну характеристику тіл, що від неї залежить і піддається вимірюванню. До таких термометричних характеристик відносяться: лінійне розширення тіл, зміни електричного опору провідників, термоелектричні явища, зміна кольору та яскравості спеціальних покрить, інтенсивність інфрачервоного випромінювання та ряд інших. В залежності від способу отримання інформації теплові методи контролю ділять на контактні і безконтактні (власного випромінювання).

1.2.1 Контактні методи

Ці методи засновані на контактній реєстрації абсолютної температури або її розподілу на поверхні виробу. При контактних методах контролю використовуються контактні датчики температури – термометри, термопари, термоопори та ін.; термоіндикатори – термолюмінофори, термопапір, термофарба та ін.; індикатори на рідких кристалах.

Дія термоелектричних термометрів ґрунтується на термоелектричному ефекті, що виникає в термопарі – кола з двох різнорідних електричних провідників (термоелектродів), кінці яких зазвичай з’єднані зваркою або пайкою. При наявності різниці температур в місцях з’єднання термоелектродів в колі генерується термоЕРС, яка залежить тільки від температури спаїв і матеріалів термоелектронів і не залежить від їх діаметру та розподілу температури по їх довжині. Якщо температура одного з кінців термопари постійна, то термоЕРС залежить тільки від її робочого кінця.

Термохімічні індикатори засновані на властивості хімічних компонентів змінювати колір при певних температурах. Діапазон зміни температури термохімічними індикаторами 318…1073К, точність вимірювання складає .

Рідкокристалічні термоіндикатори представляють собою багатокомпонентні композиції, що складаються з холестеричних рідких кристалів і мають термічну залежність області світла. Тонкий шар такої речовини при освітлені білим світлом приймає різне забарвлення. При цьому колір рідкокристалічного індикатора змінюється від червоного до фіолетового в залежності від температури. Рідкокристалічні термоіндикатори забезпечують точність вимірювання температури до десятих долей градуса при відносній похибці 0.1%. Для вимірювання температури і теплового опору використовують реєстрацію електричних параметрів виробу, які змінюються в залежності від температури. Наприклад, для якісної оцінки з’єднання кристалу з подложкою використовують метод контролю по перехідній тепловій характеристиці. Цей метод оснований на нагріві електричним імпульсом, тривалість якого перевищує теплову сталу кристала, але суттєво менше теплової сталої корпуса та зводиться до вимірювання температурної залежності прямого падіння напруги на -переході.

1.2.2 Безконтактні методи

До безконтактних належить один з найбільш розповсюджених методів, заснований на реєстрації власного інфрачервоного випромінювання контрольованого виробу.

Мікросхема при роботі розсіює електричну потужність, викликає розігрів елементів. Тому її поверхня завжди має температуру на кілька градусів вище температури оточуючого середовища. Таким чином, будь-яка ІМ є джерелом інфрачервоного випромінювання. Спектр, потужність та просторові характеристики випромінювання залежать головним чином від температури елементів ІМ та стану її поверхні. З підвищенням температури потужність випромінювання швидко зростає, причому максимум спектральної інтенсивності зсувається в короткохвильову область.

1.3 Радіаційні методи контролю

Радіаційні методи неруйнівного контролю ґрунтуються на використанні інформації, що отримана в результаті взаємозв’язку випромінювання з виробом, що контролюється. До числа радіаційних методів контролю відносяться: рентгенівські методи, метод фотоакустичної спектроскопії та ін.

1.3.1 Рентгенівські методи

Рентгенівські методи контролю і аналізу структури матеріалів та виробів використовуються в сучасній мікроелектроніці. Вони дозволяють отримати інформацію про орієнтації та структурну досконалість вихідних монокристалів, про величину деформації і параметри кристалічної решітки, про фазовий склад об’єктів, а також контролювати щільність і розподіл дефектів в кристалах та епітаксій них плівках без руйнування об’єктів дослідження, знаходити макровключення, геометричні відхилення правильності збирання ІМ та ін. Для аналізу відмов можуть бути використані наступні ти властивості рентгенівського випромінювання: поглинання, відхил в кристалічній решітці, власне випромінювання. В залежності від використання цих властивостей та способу перетворення і реєстрації інформації рентгенівські методи діляться на рентгенодифракційні, рентгеноструктурні, рентгеноспектральні, рентгенівські тіньові.

Методи рентгенівського аналізу основані на контролі виробу шляхом випромінювання рентгенівських дифракційних спектрів. Фізична сутність цих методів полягає в тому, що рентгенівські промені, проходячи через речовину, впливають на електрони його атомів. При цьому електронам передається коливальний рух, частота якого співпадає з частотою первинних електромагнітних коливань рентгенівського випромінювання. Промені, розсіяні електронами атомів, інтерференціюють між собою. Якщо первинне випромінювання складається з хвиль різної довжини, то отримуємо велику кількість інтерференційних максимумів від кожної родини площин з різними міжплощинними відстанями. Вимірювання цієї відстані дозволяє здійснити рентгеноструктурний аналіз. За способом реєстрації дифракційної картини методи рентгеноструктурного аналізу діляться на фотографічні і іонізаційні (за допомогою лічильників). За допомогою методів рентгеноструктурного аналізу визначається кристалічна структура і фізико-хімічна природа фаз, що утворюються в результаті технологічного процесу, старіння, вплив оточуючого середовища, а також порушення кристалічних структур.

1.3.2 Фотоакустична спектроскопія (ФАС)

Серед переваг цього методу аналізу хімічного складу матеріалів на першому місці стоять ширина і універсальність застосування і можливості отримання інформації не тільки про хімічний склад, але і про фізичні параметри матеріалів. Позитивна якість полягає також в тому, що він не потребує виготовлення спеціальних зразків та застосовується для дослідження кристалічних, аморфних і порошкоподібних матеріалів. Метод заснований на фото акустичному ефекті, що полягає в генерації акустичних коливань в газу, що оточує тверде тіло, при впливі на його поверхню імпульсного електромагнітного випромінювання (УФ-, видимого або ІЧ-діапазонів). Акустичні коливання, тобто періодичні коливання тиску газу, виникають за рахунок періодичного нагріву і охолодження поверхні (або об’єму) твердого тіла в результаті часткового поглинання ним випромінювання. Температурні зміни в газі зосереджені головним чином на прилеглому до поверхні шарі, товщина якого залежить від теплопровідності газу і частоти модуляції випромінювання. акустичні коливання реєструються мікрофоном. Вимірюючи інтенсивність акустичного сигналу від мікрофона як функцію довжини джерела випромінювання, отримують фотоакустичний спектр. На основі аналізу фотоакустичного спектру або величини фотоакустичного сигналу можна визначити коефіцієнт оптичного поглинання, теплопровідність та ін. параметри дослідних тіл. метод ФАС використовується також для вивчення адсорбції і хемосорбції.

II . ІНТЕГРАЛЬНА МІКРОСХЕМА К155 ЛА7

Мікросхема представляє собою два логічних елементи 4І-НІ з відкритим колектором і великим коефіцієнтом розгалуження по виходу. Корпус К155 ЛА7 типу 201.14-1, маса не більше 1г і у К155 ЛА7 типу 201.14-8, не більше 2.2г.

Рисунок 2.1 – Корпус К155 ЛА7

Умовне графічне зображення

1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13 – входи Х1 – Х8;