您的可靠性试验室有多干净?

引言

工业,政府和军事组织要求在特定的高温和潮湿条件下对电子设备和系统进行压力测试。1 这些测试通常在环境箱中进行,环境箱中的温度和相对湿度可以轻松控制和变化。2 这类测试中的一个问题是维护不当或清洁不良的腔室本身可能会对有价值的设备造成潜在的偶然污染。 测试室清洁度非常重要的原因有几个。 污染物可能会抑制所需的电连接或在不需要的地方促进电导通,并使光路模糊并导致样品的美学降解。 这些降低的变化超出了高温和高湿设计引起的变化。 例如,在测试过程中,不导电的有机和/或无机材料可能会覆盖设备的表面。 这可能会干扰设备的电气测试,从而导致与温度/湿度压力测试无关的可感知故障。 此外,这种污染物可能会转移到ATE(自动测试设备)使用的插座或探头上,并最终需要清洗该工具,这可能会大大降低整体测试的速度。 这也可能需要对样本本身进行清洁和重新测试。 替代地,如果将导电材料沉积到某些部件上,则可能会产生短路和/或泄漏路径,从而导致再次与实际可靠性测试无关的故障。 这可能会导致电子设备合格鉴定的延迟,并需要进行重复测试。 因此,了解在湿热,温度循环和其他基于腔室的测试过程中释放出哪种类型的污染物至关重要。

在本文中,我们通过将硅见证晶圆放入腔内以捕获任何异物,来确定可靠性应力腔中的污染程度。 然后执行普通的湿热可靠性测试(称为“ 85/85”),其中将腔室加热到85°C,相对湿度为85%,持续1000小时。 为了获得不同腔室环境的代表性采样,我们从三个实验室分别标记了A,B和C评估了五个不同的腔室。还检查了一个对照晶片,该晶片没有暴露在腔室条件下,而是保存在塑料晶片载体中,以备不时之需。持续时间为1000小时。

进行湿热测试后,通过X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析晶片的表面。 两种技术都提供化学键合信息,但是前者使用振动光谱法确定分子结构,而后者使用X射线根据其结合能识别元素和官能团。 两种技术的采样深度也有所不同:XPS探测表面的顶部5-10 nm,而FTIR通常提供有关污染物整个厚度的信息(批量分析)。 最后,两种技术的灵敏度存在显着差异:FTIR只能检测5-20 wt%的物种,而XPS更为灵敏,可以检测〜0.1-1 wt%的痕量元素。 可以将两种技术结合使用以了解表面成分。

对本文提供的污染物成分的了解可用于开发和优化这些腔室的清洁工艺。 我们还演示了使用见证晶圆来确定可靠性腔室清洁度的有效性。

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