Анализ физики отказов для оценки показателей надежности радиоэлектронных…
7
Анализ исследований и моделирования на ЭВМ электродиф-
фузионных отказов структур мощных СВЧ-транзисторов.
На
основе длительных испытаний и экспериментальных исследований
установлено, что главной причиной постепенных отказов, опреде-
ляющих надежность мощных СВЧ-транзисторов при работе в ста-
тическом и СВЧ динамическом режимах, является процесс элек-
тродиффузии в контактной металлизации. Этот процесс приводит
к образованию пустот и пор в металлической пленке при наруше-
нии непрерывности электродиффузионного потока ионов [12].
В структуре транзистора пустоты формируются на границе раздела
между различными материалами (Al и Mo) и между областями с
различной структурой алюминия, например, между пленкой Al и
внутренним проволочным выводом, между участками пленки Al,
намыленной на различные подложки (Si, SiO, Mo), в области «го-
рячих пятен» [13]. Характер и кинетика развития электродиффузи-
онных повреждений транзисторной металлизации свидетельствуют
о том, что эти повреждения вызваны микроскопическими неодно-
родностями (наличием контактов различных металлов, градиентов
температуры, изменений структуры пленки), которые неразрывно
связаны с конструкцией, технологией изготовления и режимом ра-
боты транзисторов. В то же время локальные структурные неодно-
родности металлизации влияют на развитие электродиффузионных
отказов и обусловливают их вероятностный характер [13]. Извест-
ные модели электродиффузионных отказов полукристаллических
пленочных проводников [14, 15] не отражают выявленные особен-
ности причин возникновения и кинетики развития повреждений
контактной металлизации транзисторных структур и, следователь-
но, не могут быть использованы для оценки показателей надежно-
сти мощных транзисторов.
Физико-статистические модели электродиффузионных отказов
транзисторных структур представлены в работах [3, 4, 6, 12–15].
В них разработаны алгоритмы и программы, позволяющие прово-
дить машинные испытания для оценки и прогнозирования показа-
телей надежности транзисторов. Модели основаны на уравнении
непрерывности потока ионов по границам зерен и статистической
модели структуры полукристаллической пленки [14]. В этих моде-
лях дополнительно учтены особенности развития отказов, геомет-
рия металлизации, ее разогрев током, а также распределения плот-
ности тока и температуры по структуре. В целях изучения влияния
геометрии и структуры металлизации, конструкции и режима рабо-
ты транзисторных структур на надежность проведены машинные
испытания. Установлено, что время до возникновения отказов сле-
дует логарифмически нормальному распределению, для которого
