Способ отбраковки микросхем

(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля надежности цифровых микросхем. Изобретение позволяет в процессе изготовления отбраковать потенциально ненадежные цифровые микросхемы, микросхемы со скрытыми дефектами путем последовательного понижения напряжения питания и определения разности напряжений питания первого отказавшего теста и заданного числа отказавших тестов. В основу изобретения положена задача повышения достоверности отбраковки ненадежных микросхем. Существо изобретения заключается в том, что в способе отбраковки микросхем, состоящем в том, что на испытываемую микросхему попадают текстовые последовательности сигналов, сравнивают считанную с микросхемы информацию с эталоном, понижают напряжение питания до величины, при которой происходит несовпадение считанной информации с эталоном, для первого теста, измеряют это значение напряжения питания, затем понижают напряжение питания до значения, при котором имеет место несовпадение считанной информации с эталоном для заданного количества тестов, измеряется это второе значение напряжения питания, и микросхема считается годной, если разность первого и второго значений напряжений питания по абсолютной величине не превышает заданного значения. Предложенный способ может быть использован для отбраковки ненадежных микросхем, изготовленных по любой технологии и схемотехнике, включая КМДП,ТТЛШ, И 2 Л и ЭСЛ. Фиг. 1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля надежности цифровых микросхем (МС). 4524 1 Известен способ отбраковки МС, состоящий в том, что на МС попадают тестовые последовательности сигналов, сравнивают считанную с МС информацию с эталонной информацией (эталоном) и считают микросхему годной, если считанная информация совпадает с эталоном 1. Недостатком известного способа отбраковки является невозможность отбраковки ненадежных микросхем - отбраковываются только дефектные микросхемы, неработоспособные при установленной в технических условиях величине напряжения питания. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ отбраковки МС, состоящий в том, что на МС попадают тестовые последовательности сигналов, сравнивают считанную с МС информацию с эталоном, понижают напряжение питания МС до заданной минимальной величины, при которой измеряют численные значения выходных статических параметров (значение напряжений логического нуля и единицы) и считают МС годной, если численные значения выходных статистических параметров соответствуют эталону 2. Если измеренные численные значения выходных параметров соответствуют эталонным значениям вых. 1 0 эт. , вых. эт. , то эта МС обеспечивает работоспособность в расширенном температурном диапазоне, в противном случае - сохраняет работоспособность только в узком температурном диапазоне. Известному способу отбраковки присущи следующие недостатки 1. Невозможность отбраковки ненадежных МС 2. Способ пригоден только для МС малой и ограниченно-средней степени интеграции, имеющих небольшую логическую глубину и минимальное количество элементов между входом и выходом МС 3. Способ требует проведения дополнительных к функциональному контролю также и измерений на каждом тесте выходных статических параметров, что снижает производительность выходного контроля МС, усложняет аппаратуру, а для многовыводных (64, 128, 168 и т.д.) МС практически нереализуем. Основным недостатком способа является невозможность отбраковки ненадежных МС, МС со скрытыми дефектами. В процессе изготовления МС возможно образование различного рода локальных дефектов, обусловленных как точностью воспроизведения технологических процессов (допустимые разбросы режимов операций и структурных параметров), так и уровнем чистоты исходных полупроводниковых материалов. Так, неизбежно существующий в технологическом процессе изготовления разброс величин поверхностей сопротивлений полупроводниковых областей и материалов межсоединений (алюминий, поликремний, нихром, ванадий и т.д.) обусловливают различие электрических характеристик даже одинаковых элементов МС в зависимости от их местоположения по поверхности полупроводникового кристалла. Это различие в полной мере не может быть учтено при конструировании МС в силу чрезвычайного многообразия, сложности учета и определения, необходимых конструктивно-технологических и электрических факторов, и обусловливает диапазон работоспособности МС и ее надежности. С течением времени и при воздействии дестабилизирующих факторов (температура, предельные напряжения питания) различие электрических характеристик может усиливаться (деградация параметров, старение материалов), что может привести к параметрическому или функциональному отказу МС. В основу изобретения положена задача повышения достоверности отбраковки ненадежных МС. Сущность изобретения заключается в том, что в способе отбраковки микросхем, состоящем в том, что на микросхему попадают тестовые последовательности сигналов, сравнивают считанную с микросхемы информацию с эталоном, понижают напряжение питания МС до величины, при которой происходит несовпадение считанной информации с эталоном, измеряют первое значение напряжения питания, при котором имеет место первое несовпадение считанной информации с эталоном для одной тестовой последовательности сигналов, измеряют второе значение напряжения питания, при котором имеет место несовпадение считанной информации с эталоном для заданного количества тестовых последовательностей сигналов, и считают микросхему годной, если разность первого и второго измеренных значений напряжений питания по абсолютной величине не превышает заданного значения. Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что измеряют первое значение напряжения питания, при котором имеет место первое несовпадение считанной информации с эталоном для одной тестовой последовательности сигналов, измеряют второе значение напряжения питания, при котором имеет место несовпадение считанной информации с эталоном для заданного количества тестовых последовательностей сигналов и считают микросхему годной, если разность первого и второго измеренных значений напряжений питания по абсолютной величине не превышает заданного значения. Изложенная сущность изобретения поясняется фиг. 1, фиг. 2. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 - графические зависимости, характеризующие связь между собой напряжения питания, количества тестовых последовательностей и количества отказов ненадежных микросхем. На фиг. 1 обозначены микросхема 1, генератор 2 тестовых последовательностей сигналов, блок 3 сравнения считанной с микросхемы информации с эталоном для текущей тестовой последовательности сигналов,устройство 4 управления и источник питания 5 микросхемы. На испытываемую микросхему 1 от генератора 2 поступают последовательности тестовых сигналов. Блок 3 сравнивает считанную с микросхемы информа 2 4524 1 цию (результат выполнения микросхемой тестовой последовательности) с эталоном (правильный ответ) и результат сравнения передает в устройство 4 уравнения. При отрицательном результате сравнения устройство 4 останавливает процесс испытаний МС 1 от генератора 2 поступают последовательности тестовых сигналов. Блок 3 сравнивает считанную с микросхемы информацию (результат выполнения микросхемой тестовой последовательности) с эталоном (правильный ответ) и результат сравнения передает в устройство 4 управления. При отрицательном результате сравнения устройство 4 останавливает процесс испытаний МС 1 и классифицирует МС, как брак. При положительном результате сравнения устройство управления 4 формирует управляющий сигнал для источника питания 5, под которого источник 5 плавно изменяет напряжение питания МСв сторону уменьшения, за пределы установленного в технических условиях рабочего диапазона. При этом устройство управления 4 фиксирует первое значение напряжения питания 1, при котором имеет место первое несовпадение считанной информации с эталоном. Номер отказавшей тестовой последовательности (далее - теста) не запоминается. Далее устройство 4 фиксирует второе значение напряжения питания 2, при котором отказывает заданное количество (п) тестов (например - 30 от общего их количества). Если абсолютная величина разности 1 - 2 не превышает заданного значения, микросхема считается годной, в противном случае - бракуется как ненадежная. Количествотестов, также как и численные значения, определяются экспериментально для каждого типа микросхемы и зависят от уровня сложности МС и ее технологического базиса (ТТЛ, ЭСЛ, КМОП и т.д.). Согласно приведенному выше алгоритму работы в качестве представленного на фиг. 1 устройства может быть использовано стандартное контрольно-измерительное оборудование с управляющей ЭВМ, которая может выполнять функции устройствауправления 4 фиг. 1. Следовательно, заявляемый способ может быть реализован без дополнительных аппаратных затрат. На фиг. 2 кривые 1 и 2 характеризуют границы области, в которой наблюдается зависимость процента отка завших тестов 100 от величины напряжения питанияисследуемой выборки МС одного типа. Здесь- общее количество тестов, используемых для контроля функционирования МС,- номер отказавшего теста ( изменяется от 1 до ). Кривые 3 и 4 характеризуют границы области, в которой имеет место зависимость процента отказавших тестов от абсолютной величины разности напряжений питания ах,12, где 1 - первое значение напряжения питания, при котором имеет место первое несовпадение считанной и эталонной информации (первый отказавший тест) для последовательности изтестов, 2 - второе значение напряжения питания, при котором имеет место несовпадение считанной информации с эталонной для заданного числатестов. Кривые 3 и 4 легко получать графическим построением из кривых 1 и 2 с общей осью . Необходимость использования абсолютной величины разности напряжений обусловлена универсальными свойствами заявляемого способа - возможностью его использования для отбраковки ненадежных МС типа ЭСЛ. Кривая 5 характеризует связь числаМС, отказавших в процессе длительных испытаний на надежность (обычно 1000 ч при Т 125 С), с абсолютной величиной разности напряжений 1 - 2 определенных выше. Для пояснения графического перехода от граничных кривых 1, 2 к граничным кривым 3, 4 на фиг. 2 введены обозначения промежуточного этапа построения для заданного количества (10 ) тестов. 11 и 12 первое значение напряжений питания МС, при которых имеют место первые отказавшие тесты, причем 11 минимальное, а 12 - максимальное для исследуемой выборки значение. Аналогично 21 и 22 - вторые значения напряжений питания, при которых имеют место несовпадения считанной информации с эталоном для заданного количества тестов 10 от общего количества , причем 21 - минимальное, а 22 - максимальное значение напряжений для исследуемой выборки. Тогда точка с 1 кривой 3 вычисляется простым вычитанием отрезков 11 - 21 и, соответственно, с 212 - 22. Значения с 1 и с 2 в точках кривых 3 и 4 характеризуют границы численных значений разности между первыми и вторыми напряжениями питаний с заданным количеством отказавших тестов 10 от всего количества используемых тестов контроля МС. Анализ характера изменения кривой 5 показывает, что первые отказавшие (ненадежные) микросхемы появляются уже в том случае, если абсолютная величина разности первого и второго напряжения питания превышает величину с ах, затем количество отказавших МС резко возрастает с увеличением численных значений с. Следовательно, в качестве критерия отбраковки ненадежных МС может быть выбрана величина с . Конкретный выбор численного значения величины спроизводится эмпирически и зависит от типа элементной базы МС (КМОП, И 2 Л, ТТЛ, ЭСЛ, ТТЛШ и др.), типа микросхемы, от допустимых значений риска поставщика и заказчика, условий производства, от степени интеграции, экономических факторов. Область, ограниченная кривыми 3, 4 и прямой с(заштрихована), характеризует надежные МС, с низкой вероятностью отказов. Анализ области позволяет сделать вывод и о выборе оптимального численного значения заданного по заданному способу отбраковки количестваотказавших тестов. Так, если ужесточить требования к численному значению с, количество тестов , выбираемых при заявляемом способе, можно существенно сократить, что позволяет повысить производительность процедуры отбраковки ненадежных МС, снизить стоимость МС. 3 4524 1 Теоретически минимальная величина напряжения питания МС, при которой МС еще функционирует(речь идет о нормальных температурных условиях) показана на фиг. 2 как Т. Так, численное значениедля ТТЛ схем составляет величину порядка 2,8 В, для И 2 Л схем - порядка 0,8 В, для низкопороговых(часовых ) КМДП БИС - порядка 1,2 В, для высокопороговых КМПД БИС - порядка 2,0 В и т.д. Однако на практике, как указано выше, в силу неизбежно существующего разброса электрофизических характеристик компонентов, их структурных и технологических параметров в пределах кристаллов МС, данная величина обычно существенно выше. Известно, что для МС средней степени интеграции величина, составляет от 3,1 до 3,2 В. Из фиг. 2 видно, что кривая 1, характеризуемая минимальной величинойв наибольшей степени приближается к идеальному виду. Простая физическая модель поясняет эффективность предлагаемого способа отбраковки на примере биполярных МС. Известно, что основными видами дефектов, снижающих качество и надежность ЭСЛ, И 2 Л и ТТЛ МС являются локальные дефекты, приводящие к утечкам между различными элементами и узлами схемы, например - резиновая связь подложка-база биполярного транзистора при номинале резистора 5 ком может быть выявлена только при Т-60 С, а при более высоких температурах не выявляется 3. А утечка более 5 ком и температурными испытаниями не выявляется, при длительной эксплуатации, вследствие протекания физико-химических процессов величина утечки может изменяться, что приводит к катастрофическому отказу. С уменьшением напряжения питания резко возрастает чувствительность усилительных свойств биополярных транзисторов к утечкам, аномальные транзисторы (с утечками) будут отказывать в первую очередь. Такие отказы появляются в виде первого измеренного напряжения отказа . Другие блоки, где нет дефектных транзисторов, будут работать и при дальнейшем снижении , вплоть до 2, когда начинаются отказы ввиду приближения к минимальной теоретической границе. Если дефектных элементов нет, то и различие 1 - 2 будет минимальное. Таким образом, предлагаемый способ отбраковки микросхем в сравнении с прототипом позволяет повысить достоверность отбраковки ненадежных микросхем. Источники информации 1. Измерение параметров цифровых интегральных микросхем / Под ред. О. Эйдукаса и Б. Орлова. - М. Радио и связь, 1972. - .71. 2. Прогнозирование температурной устойчивости по результатам испытаний на пластине. - Электронная техника. - Сер. 3. - Микроэлектроника. - 1982. - Вып.2 (98). - С.49. Способ отбраковки микросхем, состоящий в том, что на микросхему подают тестовые последовательности сигналов, сравнивают считанную с микросхемы информацию с эталоном, понижают напряжение питания микросхемы до величины, при которой происходит несовпадение считанной информации с эталоном,отличающийся тем, что измеряют первое значение напряжения питания, при котором имеет место первое несовпадение считанной информации с эталоном для одной тестовой последовательности сигналов, измеряют второе значение напряжения питания, при котором имеет место несовпадение считанной информации с эталоном для заданного количества тестовых последовательностей сигналов и считают микросхему годной,если разность первого и второго измеренных значений напряжений питания по абсолютной величине не превышает заданного значения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4