MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究

论文摘要

单片微型机（Single Chip Microcomputer）,简称单片机,又称微控制器（MCU-Micro Controller Unit）,具有体积小、功能强、性能全面、成本低、使用方便等特点,在家用电器、汽车工业、工业控制、自动化等很多领域得到了广泛的应用。MC68HC（8）05PV8/A单片机属于MOTOROLA单片机中的68HC05家族8bit系列,是专门为汽车电子中的低功耗、单片上系统设计。由于MC68HC（8）05PV8/A应用于汽车电子领域,其产品要求有很高的可靠性,而对于其内部所包含的EEPROM,由于需要承受多次擦写操作,其隧道氧化层要承受高压和高电压,因此其可靠性的高低就成为影响产品良品率好坏的重要因素。本课题针对MC68HC（8）05V8/A产品良率不高的问题,从工艺和制程方法等方面分析其对良率的影响,找到问题所在,并提出以下几方面的问题解决方案: 首先,观察产品在后道工艺特别是老化实验和最终测试阶段的工艺制程,找出其中存在的老化实验时间设定不准确的问题,并通过计算、采样、实验和分析结果等步骤,得出准确的产品的偶然失效期时间和老化实验时间。其次,针对在老化实验中出现的大量由于设备和人为的原因造成的次品,并不属于真正次品的问题,通过对老化实验程序的修改,减少了次品的产生,提高了产品在最终测试的良品率,并减少了生产周期。第三,从EEPROM的工作机理和工艺角度分析,找到主要影响EEPROM性能的主要原因,发现阈值电压对EEPROM的影响,及其影响其可靠性的相关因素,包括内在可靠性和击穿问题等方面,并通过实例分析提出解决方法,指出EEPROM中浮栅及隧道氧化层的质量好坏,将严重影响器件的可靠性,如何从工艺角度改进,提高器件的可靠性,并提出了几个新的工艺方法。

论文目录

• 第一章 MOTOROLA 单片机及其内嵌EEPROM 简介
• 1.1 单片机简介
• 1.2 我国的MCU 市场走势
• 1.3 摩托罗拉单片机简介
• 1.3.1 MOTOROLA 单片机
• 1.3.2 MC68HC05PV8 及其在汽车中的应用
• 1.3.3 PV8 在智能玻璃升降器中的应用
• 1.4 半导体存储器及其失效方式
• 1.4.1 半导体存储器简介
• 1.4.2 半导体存储器失效方式
• 1.5 EEPROM 简介
• 1.6 本课题的研究内容与目标
• 第二章 EEPROM 的原理
• 2.1 Fowler-Nordheim 隧道效应
• 2.2 FLOTOX 管结构及存储信息原理
• 2.2.1 FLOTOX 管结构
• 2.2.2 EEPROM 存储单元的工作原理
• 2.3 FLOTOX 双管EEPROM 位元电路
• 第三章 含有EEPROM 的产品的老化实验——Burn In
• 3.1 Burn-In 简介
• 3.2 PV8 的Burn-In 流程
• 3.3 PV8 的典型Burn-In 次品
• 3.4 目前PV8 产品所存在的一些问题
• 第四章 Burn-In 时间的减少
• 4.1 产品的失效率
• 4.2 一般计算早期失效期的方法
• 4.3 对产品老化实验时间的计算、采样、评估流程
• 4.4 结论
• 第五章 Burn-In 过程中BIN2/3 次品的减少
• 5.1 问题的产生
• 5.2 老化实验硬件环境简介
• 5.2.1 状态字节
• 5.2.2 BULK 擦除
• 5.2.3 写入/擦除循环
• 5.2.4 Burn-In 前EEPROM 的状态
• 5.2.5 驱动板和接触检查程序
• 5.2.6 Burn-In 电压和频率
• 5.3 PV8 Burn-In 程序的修改
• 第六章 前道工序对良品率的影响
• 6.1 EEPROM 阈值电压的变化对其性能的表征
• 6.1.1 EEPROM 在不同工作状态时阈值电压的变化
• 6.1.2 EEPROM 在不同使用时期时阈值电压的变化
• 6.1.3 结论
• 6.2 EEPROM 的内在可靠性问题
• 6.2.1 EEPROM 擦写持久性问题
• 6.2.2 EEPROM 数据保持能力
• 6.2.3 EEPROM 读出干扰
• 6.2.4 EEPROM 不稳定的擦除
• 6.2.5 EEPROM 擦写循环后的数据保持
• 6.2.6 实际次品分析
• 6.3 EEPROM 的击穿问题
• 6.3.1 实际次品分析
• 6.4 前道工艺对产品可靠性影响的及改进提高
• 第七章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录
• 致谢