Результаты контроля качества ЭРИ военного назначения методом разрушающего физического анализа Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

Зелякова Т.И., Крутов Л.Н., Гришин М.В.

РЕЗУЛЬТАТЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭРИ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ МЕТОДОМ РАЗРУШАЮЩЕГО ФИЗИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

В докладе приведены результаты контроля качества ЭРИ с использованием разрушающего физического анализа, приведена классификация наиболее часто встречающихся дефектов

Очевидно, что для создания передовой военной техники и обеспечения технологической независимости электронных систем России необходимо проектировать и производить базовые изделия микроэлектроники, в России. Залогом успеха предприятий в условиях жесткой конкурентной борьбы выступает качество выпускаемых изделий. Традиционный комплекс мер обеспечения качества электрорадиоизделий (ЭРИ), как правило, для предприятий-изготовителей ЭРИ состоит из системы жестких отбраковочных, приемо-сдаточных и периодических испытаний, а для предприятий-потребителей ЭРИ - своевременного и полного входного контроля. Для повышения достоверности информации о показателях надежности и качества ЭРИ возникла необходимость проведения дополнительных исследований готовых изделий с использованием метода разрушающего физического анализа (РФА). Такие исследования проводятся в Центре исследования надежности и анализа отказов радиоэлектронной аппаратуры и комплектующих ее изделий (ФГУ «22 ЦНИИИ Минобороны России).

РФА включает испытание и контроль со вскрытием корпуса ЭРИ с целью определения соответствия образцов ЭРИ требованиям нормативно-технических документов (НТД), а также выявления скрытых дефектов, имеющих отношение к партии ЭРИ, которые связанны с нарушениями конструкции или технологического процесса, которые могут повторяться и иметь деградационный характер (например, дефекты металлизации, прочности сварных соединений, дефекты фотолитографии и т.п.).

Состав и содержание методов РФА для отечественных ЭРИ представлен в полном объеме в РД В 319.04.47-2006. В этом документе регламентированы порядок отбора образцов на РФА, общие требования и конкретные рекомендации по порядку проведения РФА, взаимосвязь с действующей нормативной документацией, порядок проведения технологических операций с изделиями, рекомендации по контролю образцов, требования к фотографиям образцов и их дефектов и ряд других моментов.

Особенность развития конструкции современных ЭРИ, увеличение степени интеграции, качество исходных материалов, усложнение технологических процессов являются причиной снижения качества ЭРИ. Точечные и объемные дефекты в исходном материале, дополняемые внесенными дефектами в процессе технологической обработки, становятся соизмеримыми по размерам с активными областями современных микросхем и приборов. В этих условиях выявление с использованием методов РФА дефектности исходных материалов, возможных причин возникновения дефектов в готовых полупроводниковых структурах и эволюции дефектов на последующих этапах жизненного цикла ЭРИ, их влияния на надежность являются задачами первостепенной важности.

Опыт показывает, что наибольшее количество дефектных изделий выявляется на этапах внутреннего визуального контроля (ВВК) и контроля качества металлизированной разводки с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ).

Этап ВВК осуществляется после вскрытия корпуса микросхемы или прибора и предназначен для проверки качества сборки ЭРИ, качества изготовления кристаллов, качества внутренних межсоединений,

защитных покрытий, металлизированной разводки, отсутствие загрязнений и т.п. Контроль осуществляется с помощью оптических приборов с различной степенью увеличения. При проведении ВВК требования

к качеству изготовления определяются по ОСТ 11 073.013-83 и ОСТ 11 14.1012-99.

Наиболее часто встречаются дефекты, связанные с чистотой поверхности кристалла. К ним относятся различные загрязнения, расположенные у кромки металлизированных дорожек, частицы под дорожками металлизации и частицы, соединяющие две металлизированные дорожки, а также дорожку и диффузионную область полупроводникового элемента. Как правило, в состав загрязнения у кромки металлизированных дорожек входят коррозионно-активные элементы, такие как натрий, кальций, калий, хлор, сера. Содержание этих элементов подтверждено многочисленными результатами рентгеноспектрального микроанализа. Последствия, к которым может привести их присутствие, очевидны.

Контроль качества металлизированных дорожек с использованием РЭМ позволяет с большим разрешением и глубиной резкости выявить дефекты, а также с большей степенью достоверности, чем на этапе ВВК их идентифицировать. Контроль осуществляется в соответствии с методом 2 8 ОСТ 11 14.1012-99. Критериями отбраковки являются: коэффициент запыления ступеньки окисла; наличия на коммутационных шинах утонений, микротрещин, пустот, наличие закороток, несплошных перемычек с промежутком менее трети расстояния между шинами; наличие отслоений и выпучиваний коммутационных шин.

Характерные виды дефектов, связанные с нарушением технологических процессов изготовления изделий микроэлектроники, приводящих к возникновению отказов в эксплуатации, выявляемых в процессе проведения РФА, приведены на рисунках 1-3.

Поэтому на первое место, как гарантия успеха развития производства специальной аппаратуры военного назначения и, особенно, предназначенной для использования в космосе, наряду с разработкой и применением передовых технологий, обеспечивающих стабильно высокий процент выхода годных изделий с заданными технико-экономическими показателями, выходит контроль качества изготовления. В этой связи этап контроля качества готовых изделий после корпусирования и прошедших приемосдаточные испытания следует рассматривать как наиболее ответственный.

Рисунок 1 Микрофотография участка поверхности кристалла микросхемы с дефектами поверхности

Рисунок 2 Электронная микрофотография участка поверхности кристалла микросхемы с дефектами металлизации

Рисунок 3 Электронная микрофотография участка металлизации на ступеньке окисла