Способ отбраковки потенциально ненадёжных цифровых интегральных схем по времени задержки распространения сигнала Российский патент 2025 года по МПК G01R31/303 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именном к способам отбраковки потенциально ненадёжных цифровых интегральных схем (ЦИС) по времени задержки распространения сигнала как в процессе их изготовления, так и при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры.

Известен способ контроля интегральных схем (ИС), патент RU 2285270 C1, авторы Горлов М.И., Плебанович В.И., Смирнов Д.Ю., включающий измерение их статических параметров при номинальном напряжении питания, измерение статических параметров ЦИС при пониженном напряжении питания в диапазоне 3,1-3,2 В, определение разностей значений статических параметров, измеренных при номинальных и пониженных напряжениях питания, и сравнение этой разности с эталонным значением. Недостаток способа заключается в том, что он не охватывает дефекты, проявляющиеся в динамическом режиме работы ЦИС.

Известен также способ [Покровский Ф.М. Сравнительная оценка качества КМОП ИС // Материалы докладов научно-технического семинара «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М.: МИЭТ, 1996, с. 265 - 272] отбраковки потенциально ненадёжных КМОП ИС, основанный на измерении критического напряжения питания Е_кр и его в зависимости от частоты следования тестовых сигналов. Недостатком этого способа является низкая производительность, обусловленная определением сигнатуры в i-том цикле измерения, уменьшением напряжения питания ИС, определением сигнатуры в (i+1) цикле, сравнением с предыдущим значением и т.д. пока сигнатурный анализатор не зафиксирует сбой работы ИС, а также низкая достоверность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ [Горлов М.И., Емельянов А.В., Смирнов Д.Ю. Диагностика в современной микроэлектронике. Минск: Интегралполиграф, 2011. - 378 с.]. На испытываемую ИС подают напряжение питания, близкое к критическому, и входную тестовую последовательность импульсов с амплитудой, ограниченной напряжением питания испытуемой ИС для предотвращения ложных срабатываний и пробоя схем. В качестве информативного параметра для отбраковки ИС измеряют время задержки распространения сигнала при включении и выключении, что позволяет в большей мере учесть дефекты ИС, чем измерение статических параметров, и в то же время является более ранним этапом обнаружения дефектов, чем нестабильная сигнатура. Проводят отбраковку ИС путём сравнения разности значений срабатывания при включении (выключении) между средним значением задержки срабатывания конкретной ИС с эталонным значением.

Недостатком этого способа является низкая производительность.

Известно, что временные параметры цифровых ИС увеличиваются при снижении напряжения питания, что эквивалентно увеличению длительности переходного процесса при эксплуатации [Кураченко С.С., Прохоренко В.А., Волнов В.В. Новый метод диагностирования ИС // Электронная промышленность, 1990. - №6. - С. 71-72]. На этом принципе предложен способ прогнозирования работоспособности ЦИС.

По схемотехнике и технологии изготовления временные параметры по однотипным входам в идеальном случае должны быть одинаковыми, но фактически они разнятся. Величина разности временных параметров по однотипным входам несет информацию о несовершенстве поверхностной и объемной структуры p-n-переходов. Поэтому, замеряя временные параметры по однотипным входам, по их отличию можно судить о потенциальной надежности этих переходов, а, следовательно, и по надежности ЦИС в целом.

Предлагаемый диагностический способ заключается в том, что на партии ЦИС, в которой необходимо определить, а затем отделить потенциально ненадёжные схемы, проводят измерение динамических параметров, например, времени задержки распространения сигнала при включении (выключении), по всем входам раздельно при напряжении питания, близком к критическому, и одинаковом для всех ЦИС. Устанавливают первый критерий для отбраковки потенциально ненадёжных ИС по абсолютному значению временного (динамического) параметра.

Затем на этих же схемах по всем входам измеряют тот же временной параметр при номинальном напряжении питания и строят таблицу, где для каждой ЦИС минимальное значение времени задержки распространения сигнала при включении (выключении) по одному из входов принимается за единицу, а по остальным входам записывается коэффициент K_i, равный отношению величины времени задержки распространения сигнала по данному входу к значению минимальной величины времени задержки, принятой за единицу, и выбирается второй критерий оценки для отбраковки, и те ЦИС, у которых совпадают два критерия, считаются потенциально ненадёжными.

Конкретные значения критериев определяются для каждого типа ЦИС в зависимости от жесткости требований по надежности.

Был проведен следующий эксперимент.

На произвольно выбранных 10 ЦИС типа К155ЛР1 (два элемента 2И-2ИЛИ-НЕ, один с расширением по ИЛИ) измерили время задержки распространения сигнала при выключении при напряжении питания U_H = 2 В и частоте импульсов 10 МГц (таблица 1). Данное напряжение определено снижением питания у каждой схемы до тех пор, пока ЦИС ещё работает в соответствии с назначением.

Таблица 1

№ схемы Время задержки распространения сигнала при выключении нс, при U_пит = 2 В, по выводам (2, 3, 4, 5 - выводы входов, 6 - вывод выхода) 2-6 3-6 4-6 5-6 1 120 70 100 80 2 120 120 120 100 3 130 100 100 100 4 140 100 100 90 5 160 100 110 90 6 150 100 110 90 7 120 100 110 100 8 150 110 100 110 9 130 100 100 110 10 120 100 100 90

Если по полученным данным таблица 1выбрать первый критерийнс, то потенциально ненадёжными будут ЦИС №5, 6, 8.

Далее измерили при номинальном напряжении питания (таблица 2).

Таблица 2

№ схемы Время задержки распространения сигнала при выключении нс, при U_пит = 5 В, по выводам 2-6 3-6 4-6 5-6 1 30 25 30 30 2 30 30 25 30 3 30 40 25 30 4 35 30 25 30 5 30 35 20 30 6 30 25 25 30 7 40 30 25 30 8 40 30 20 30 9 35 40 25 30 10 45 25 20 30

По полученным данным составлена таблица 3 коэффициентов увеличения по всем выводам относительно минимального значения K_i для каждой схемы.

Таблица 3

№ схемы Значения коэффициента K_i по выводам 2-6 3-6 4-6 5-6 1 1,2 1 1,2 1,2 2 1,2 1,2 1 1,2 3 1,2 1,6 1 1,2 4 1,4 1,2 1 1,2 5 1,5 1,75 1 1,5 6 1,2 1 1 1,2 7 1,6 1,2 1 1,2 8 2 1,5 1 1,5 9 1,2 1,6 1 1,2 10 2,25 1,25 1 1,5

По таблице 3 при втором критерии K_i ≥ 1,75 потенциально ненадёжными будут схемы №5, 8, 10. Окончательное заключение по двум критериям одновременно следующие: потенциально ненадёжными будут схемы №5, 8.

Проведенные испытания в течение 500 ч при максимальной нагрузке и повышенной температуре 70°С подтвердили полученные результаты.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение достоверности результатов отбраковки потенциально ненадёжных ИС с использованием измерения времени задержки распространения сигнала за счёт того, что значение времени задержки распространения сигнала измеряется при двух напряжениях питания, вводится коэффициент K_i, равный отношению величины времени задержки распространения сигнала по данному входу к значению минимальной величины времени задержки, принятой за единицу, а отбраковка потенциально ненадёжных схем проводится по двум критериям.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам отбраковки потенциально ненадёжных цифровых интегральных схем (ЦИС) по времени задержки распространения сигнала как в процессе их изготовления, так и при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат: повышение достоверности результатов отбраковки потенциально ненадёжных ИС. Сущность: на партии ЦИС проводят измерение времени задержки распространения сигнала по всем входам ИС. При этом устанавливают первый критерий для отбраковки потенциально ненадёжных ИС по абсолютному значению времени задержки распространения сигнала, которое не превышает установленного значения, при напряжении питания, близком к критическому. На тех же схемах и входах измеряют время задержки распространения сигнала при номинальном напряжении питания. Строят таблицу, где для каждой ЦИС минимальное значение времени задержки распространения сигнала при выключении по одному из входов принимают за единицу, а по остальным входам записывают коэффициент Ki, равный отношению величины времени задержки распространения сигнала по данному входу к значению минимальной величины времени задержки, принятой за единицу. Выбирают второй критерий для отбраковки по значению коэффициента Ki, не превышающему установленное значение. Те ЦИС, у которых совпадают два критерия, считаются потенциально ненадёжными. 3 табл.

Способ отбраковки потенциально ненадёжных цифровых интегральных схем (ЦИС) по времени задержки распространения сигнала, в соответствии с которым на партии ЦИС, в которой необходимо определить, а затем отделить потенциально ненадёжные схемы, проводят измерение времени задержки распространения сигнала по всем входам ИС, отличающийся тем, что устанавливают первый критерий для отбраковки потенциально ненадёжных ИС по абсолютному значению времени задержки распространения сигнала, которое не превышает установленного значения, при напряжении питания, близком к критическому, затем на этих же схемах и входах измеряют время задержки распространения сигнала при номинальном напряжении питания и строят таблицу, где для каждой ЦИС минимальное значение времени задержки распространения сигнала при выключении по одному из входов принимают за единицу, а по остальным входам записывают коэффициент Ki, равный отношению величины времени задержки распространения сигнала по данному входу к значению минимальной величины времени задержки, принятой за единицу, и выбирают второй критерий для отбраковки по значению коэффициента Ki, не превышающему установленное значение, и те ЦИС, у которых совпадают два критерия, считаются потенциально ненадёжными.