Hintergrund der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft ein Burn-in-System zur
Klassifizierung von Halbleitervorrichtungen, wie z.B. ICs
(integrierte Schaltkreise), durch Betreiben der
Vorrichtungen unter altersbeschleunigenden Bedingungen für eine
gewisse Zeitspanne unter Kontrolle des Verhaltens jeder
Vorrichtung.
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Bei der Kontrolle von industriell gefertigten ICs wird ein
Burn-in-Verfahren als ein Klassifizierungstest verbreitet
angewendet, um Ausschuß von den an Kunden gelieferten
Vorrichtungen frühzeitig auszusondern. Burn-in wird nach
Abschluß des IC Fertigungsprozesses durchgeführt, d.h. nach
der Harz-Vergußkapselung jedes einzelnen, an Führungsrahmen
befestigten IC Chips. In einem dynamischen
Burn-in-Verfahren werden die zu klassifizierenden ICs zum beschleunigten
Altern für eine vorher festgelegte Zeitspanne auf eine
vorbestimmte hohe Temperatur gebracht und ein Betriebsstrom
sowie Treibersignale werden an die ICs unter den genannten
altersbeschleunigenden Bedingungen angelegt.
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Eine neue Entwicklung bei Burn-in-Testverfahren von ICs ist
es, ein überwachtes Burn-in-System anzuwenden, das
Überwachungsinstrumente zur Überprüfung enthält, ob der
Betriebsstrom und die Treibersignale richtig an jeden einzelnen der
ICs unter Altersbeschleunigung angelegt sind oder nicht und
ob jeder einzelne IC einwandfrei funktioniert oder nicht.
Die Anwendung von überwachten Burn-in-Systemen verbessert
die Zuverlässigkeit von Burn-in-Verfahren.
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Bei einem Burn-in-Verfahren ist es wichtig, die Dauer des
Burn-in angemessen anzusetzen. In der Praxis von Burn-in-
Verfahren für ICs mit einem bekannten, überwachten oder
nicht überwachten Burn-in-System wird die Burn-in-Dauer
aufgrund der Ergebnisse des vorläufigen Tests an ICs der
gleichen Art angesetzt. Der vorläufige Test dient dem Zweck
der Untersuchung einer Beziehung zwischen
altersbeschleunigender Zeit und einer kumulativen Fehlerrate der ICs unter
Altersbeschleunigung, zur Bestimmung der Zeit, innerhalb
der die kumulative Fehlerrate Sättigung erreicht, und im
Vergleich mit der Sättigungszeit wird die Dauer des
eigentlichen Burn-in-Verfahrens angesetzt.
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Die Beziehung zwischen der altersbeschleunigenden Zeit und
der kumulativen Fehlerrate ist für jede Art von ICs
spezifisch. Um einen Burn-in-Test für verschiedene Arten von ICs
durchzuführen ist es deshalb notwendig, für die Festlegung
einer angemessenen Burn-in-Dauer für jede Art von ICs
Fehlerratendaten zu sammeln. Die Arbeit der Datensammlung
erfordert viel Zeit und Aufwand. Ferner ist die nach dieser
Methode ermittelte Burn-in-Dauer für jede Art von ICs nicht
immer passend, da eine Möglichkeit besteht, daß die
Qualität der IC-Produkte durch Schwankungen der Bedingungen im
Herstellungsprozeß variiert. Wenn die Dauer der
Altersbeschleunigung unpassend ist, kann das Burn-in-Verfahren
nicht als eine wirklich effektive Klassifizierungsmethode
zur Garantie der Zuverlässigkeit der IC-Produkte angesehen
werden.
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EP-A-0 175 932 bezieht sich auf dasselbe Problem. Es
betrachtet den Wendepunkt zur Bestimmung des optimalen
Burnin-Zeit.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
überwachtes Burn-in-System bereitzustellen, das die Fähigkeit
eines automatischen und angemessenen Ansatzes der Burn-in-
Dauer besitzt, unabhängig von der Art des ICs, auf den das
Burn-in-Verfahren angewendet wird.
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Die vorliegende Erfindung weist ein überwachtes
Burn-in-System zur Klassifizierung einer Gruppe von
Halbleitervorrichtungen auf, die in einer Burn-in-Kammer unter
altersbeschleunigenden Bedingungen gehalten werden, wobei das
Systein Speise- und Signalzuführungsmittel aufweist zur
Zuführung von Leistung an die Burn-in-Kammer, zur Steuerung der
Burn-in-Temperatur in der Kammer und zur Zuführung von
Betriebsstrom- und Treibereingangssignalen an die
Halbleitervorrichtungen in der Kammer, Überwachungsmittel zur
Überwachung der Art des Betriebs jeder der Vorrichtungen in der
Kammer, Zählermittel zum Zählen einer kumulativen Anzahl
von fehlerhaften Vorrichtungen unter den Vorrichtungen in
der Kammer zu vorgegebenen Zeitintervallen,
Berechnungsmittel zur Berechnung einer kumulativen Fehlerrate der
Vorrichtungen in der Kammer zu den vorgegebenen
Zeitintervallen, wobei jede Zeit auf der kumulativen Anzahl, die durch
die Zählermittel gezählt wurden, basiert, und zur Erzeugung
eines Rückkopplungssignals, das eine ansteigende kumulative
Fehlerrate während jedes der vorgegebenen Zeitintervalle
anzeigt, und Steuermittel zum Vergleichen des Ansteigens
der kumulativen Fehlerrate, die durch das
Rückkopplungssignal angegeben ist, mit einem vorgegebenen Bezugsanstieg
der kumulativen Fehlerrate und zum Anweisen der Speise- und
Signalzuführungsmittel, die Speise- und Zuführungsvorgänge
zu beenden und damit automatisch den Burn-in-Vorgang zu
beenden, wenn der Anstieg der kumulativen Fehlerrate, die
durch das Rückkopplungssignal angegeben ist, nicht größer
als der Bezugsanstieg der kumulativen Fehlerrate wird. Ein
vorbildlicher Wert des Bezugsanstiegs ist nahezu 0 (Null)
was "nahezu gesättigt" bedeutet.
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Aus der obigen Darstellung wird, verständlich, daß ein
überwachtes Burn-in-System die Fähigkeit besitzt die Dauer des
Burn-in-Vorgangs automatisch zu beenden. Bei diesem
Burnin-System besteht keine Notwendigkeit für vorläufige Tests,
um eine Beziehung zwischen der altersbeschleunigenden Zeit
und der kumulativen Fehlerrate zu untersuchen. Die
automatische Steuerung der Burn-in-Dauer wird unabhängig von der
Art der Vorrichtungen, auf die das Burn-in-Verfahren
angewendet wird, vollendet, und die Burn-in-Dauer wird in jedem
Fall äußerst passend angesetzt. Das heißt die automatisch
gesteuerte Burn-in-Dauer stimmt mit der Länge der
altersbeschleunigenden Zeit nahezu überein, die für die Sättigung
der kumulativen Fehlerrate der getesteten Vorrichtungen
benötigt wird. Deshalb kann ein Burn-in-Verfahren
ausgeführt werden, ohne daß eine nicht tolerierbare Möglichkeit
von frühzeitigen Fehlfunktionen der zu klassifizierenden
Vorrichtungen besteht und ohne Verlust von Zeit und Energie
für unnötig lange Alterungen.
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Ein überwachtes Burn-in-System gemäß der Erfindung ist
außerordentlich geeignet für Burn-in-Tests von ICs, aber
dieses System ist selbstverständlich auch auf Burn-in-Tests
von anderen Halbleitervorrichtungen als ICs anzuwenden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines überwachten Burn-in-
Systems gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erklärung der Arbeitsweise des
Burn-in-Systems von Fig. 1, wobei das Diagramm den
Zusammenhang zwischen der altersbeschleunigenden
Zeit und der kumulativen Fehlerrate der im Test
befindlichen Vorrichtungen zeigt; und
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Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erklärung der Funktionsweise
eines bekannten, überwachten Burn-in-Systems,
wobei das Diagramm ebenfalls den Zusammenhang
zwischen der altersbeschleunigenden Zeit und einer
kumulativen Fehlerrate der im Test befindlichen
Vorrichtungen zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Fig. 1 zeigt den grundlegenden Aufbau eines überwachten
Burn-in-Systems gemäß der Erfindung. Das Bezugszeichen 10
bezeichnet eine Burn-in-Kammer, in der eine Gruppe von ICs
12 unter gesteuerter Temperaturbedingung einem
altersbeschleunigenden Test ausgesetzt sind. Im Prinzip ist die
Burn-in-Kammer 10 ein Konstant-Temperatur-Ofen und die ICs
12 sind auf Testplatten (nicht gezeigt) installiert, die
auf geeigneten Gestellen (nicht gezeigt) angeordnet sind.
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Das Burn-in-System hat eine Speise- und
Signalzuführungseinheit 14, die in der Lage ist dem Ofen 10 Leistung
zuzuführen, um die Temperatur im Ofen 10 zu steuern, einen
Betriebsstrom und Treibereingangssignale in die ICs 12 im
Ofen 10 einzuspeisen und eine Überwachungseinheit 16, die
ein Sortiment von Instrumenten enthält, um die Art des
Betriebs jedes der ICs 12 in dem Ofen 10 zu überwachen. Die
Überwachungseinheit 16 hat neben den üblichen
Überwachungsfähigkeiten auch die Fähigkeit jedesmal ein elektrisches
Signal abzugeben, wenn einer der ICs 12 nicht einwandfrei
funktioniert. Ferner umfaßt dieses Burn-in-System eine
Fehlerzähleinheit 18, eine
Kumulativfehlerrate-Berechnungseinheit 20 und eine Vergleichs- und Steuereinheit 22. Die
Zähleinheit 18 empfängt die Fehlersignale, die von der
Überwachungseinheit 16 ausgegeben werden, zählt die
kumulative
Anzahl der ausgefallenen ICs innerhalb eines
vorgegebenen Zeitintervalls und gibt ein elektrisches Signal aus,
das das Ergebnis der Zählung anzeigt. Die
Berechnungseinheit 20 berechnet eine kumulative Fehlerrate der ICs 12
jedesmal, wenn sie ein Fehlerzählsignal von der
Fehlerzähleinheit 18 empfängt, erzeugt ein elektrisches Signal, das
einen Anstieg der kumulativen Fehlerrate während jedes der
obengenannten Zeitintervalle anzeigt, und führt das Signal
der Vergleichs- und Steuereinheit 22 zu. Die
Vergleichsund Steuereinheit 22 vergleicht jedes Anstiegssignal der
Berechnungseinheit 20 mit einem vorgegebenen Bezugsanstieg
der kumulativen Fehlerrate und gibt ein Anweisungssignal
aus, das die Speise- und Signalzuführungseinheit 14
auffordert den Burn-in-Vorgang zu beenden, indem die Einspeisung
von Leistung in den Ofen 10 und die Zuführung des
Betriebsstroms und der Treibersignale zu den ICs 12 gestoppt wird,
wenn der Anstieg der aktuellen kumulativen Fehlerrate nicht
größer ist als der Bezugsanstieg. Wenn die Burn-in-Dauer
die zuvor festgelegte maximale Zeit erreicht, gibt die
Steuereinheit 20 Alarm und stoppt den Burn-in-Vorgang.
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Ein bekanntes, überwachtes Burn-in-System hat ein
Gegenstück zu der oben beschriebenen Speise- und
Signalzuführungseinheit 14 und Überwachungsinstrumente, die zu den
Instrumenten in der oben beschriebenen Überwachungseinheit 16
analog sind, aber es besitzt keine Gegenstücke zu der
Zähleinheit 18, der Berechnungseinheit 20 und der Steuereinheit
22.
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Bezüglich der Fig. 3 wird in dem Fall der Anwendung eines
Burn-in-Verfahrens auf eine Gruppe von ICs mit einem
bekannten Burn-in-System ein vorläufiger Test durchgeführt,
um die kumulative Fehlerrate zu konstanten Zeitintervallen
zu berechnen, nämlich zu den Zeiten t&sub1;, t&sub2;, etc., um die
Zeit tn zu bestimmen, zu dem die kumulative Fehlerrate bei
einem Wert λ die Sättigung erreicht, wobei die Burn-in-
Dauer aufgrund der bis zum Zeitpunkt tn verstrichenen Zeit
angesetzt wird.
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Bei dem überwachten Burn-in-System gemäß der Erfindung, wie
in Fig. 1 gezeigt, wird die Burn-in-Dauer ohne die
Notwendigkeit irgendeines vorläufigen Tests automatisch bestimmt.
Wie oben beschrieben, zählt unter Verwendung jedes der IC-
Fehlersignale, die von der Überwachungseinheit 16 zugeführt
werden, die Zähleinheit 18 eine kumulative Anzahl von
fehlerhaften ICs zu vorgegebenen konstanten Zeitintervallen,
und die Berechnungseinheit 20 berechnet einen Anstieg der
kumulativen Fehlerrate während jedes der Zeitintervalle.
Bezüglich der Fig. 2 ist die Differenz zwischen dem
Zeitpunkt tn und dem Zeitpunkt tn&submin;&sub1;
(tn - tn&submin;&sub1;) die Länge des Zeitintervalls. Die kumulative
Fehlerrate wird berechnet aus λn&submin;&sub1; zum Zeitpunkt tn&submin;&sub1; und
λn zum Zeitpunkt tn, so daß der Anstieg der kumulativen
Fehlerrate Δλ während des Zeitintervalls (tn - tn&submin;&sub1;) gleich
λn - λn&submin;&sub1; ist. Dieser Anstieg Δλ wird als digitales Signal
in die Steuereinheit 22 eingegeben und mit einem
Bezugsanstieg der kumulativen Fehlerrate verglichen, die einen
hinreichend kleinen Wert annimmt. Wenn Δλ gleich oder kleiner
als der Bezugsanstieg der kumulativen Fehlerrate wird,
sendet die Steuereinheit 22 das zuvor beschriebene
Anweisungssignal zur Speise- und Signalzuführungseinheit 14, um den
Burn-in-Vorgang zu beenden.
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Dadurch kann das überwachte Burn-in-System gemäß der
Erfindung die Halbleitervorrichtungen klassifizieren, wobei der
Test nur während einer optimalen Dauer durchgeführt wird.