Спосіб виявлення дефектів інтегральних схем

Винахід відноситься до способів відбраковки і контролю якості інтегральних схем (1С) і може бути використаний в електронній техніці. Відомі способи відбраковки інтегральних схем, що полягають у вимірі різниці сигналів між двома інтегральними схемами (однієї еталонної), увімкнених у робочому режимі [А.с. 1.525.637], чи у вимірі вольтамперних характеристик р-n-переходів інтегральних схем [А.с. 1.539.696]. Найближчим аналогом пропонованого способу є спосіб по А.с. 1.539.696. (3.31.3.87, oп. 30.1.90 p. Би №4). Він полягає у контролі вольт-амперних характеристик багатьох з'єднаних місць переходів за визначеною методикою. Це дозволяє зменшити час відбраковки інтегральних схем з дефектами, тобто визначити, є в схемі дефект взагалі чи ні. Визначити ж конкретний дефектний елемент інтегральної схеми в такий спосіб неможливо, тому що інтегральна схема має тільки вхідні і вихідні виводи, а від більшості внутрішніх елементів схеми виводів немає. Недоліком зазначеного способу є неможливість установлення місця розміщення дефекту в схемі (або дефектного елемента інтегральної схеми), що не дозволяє увести оперативні зміни в технологічний процес виробництва інтегральних схем й усун ути брак. В основу винаходу поставлено задачу находження дефектного елемента інтегральної схеми. Технічним вирішенням задачі є почерговий вимір вольт-амперних характеристик між усіма можливими парами виводів схеми, потім шляхом порівняння з еталонними вольт-амперними характеристиками визначаються дефективні кола, що мають аномальні вольт-амперні характеристики, а дефектний елемент визначається як загальний елемент цих дефектних кіл. Дефектний елемент певним чином спотворює вольт-амперні характеристики кіл, у які він входить. Перекручені кола неважко визначати, спостерігаючи вольт-амперну характеристику на екрані характериографа. Якщо один дефектний елемент входить, наприклад, у два кола, то їхня вольт-амперна характеристика спотворюється. За електричною схемою можна визначити загальний елемент цих дво х кіл, який і є дефектним. Спосіб ілюструється на прикладі вхідної частини інтегральної схеми типу КР1021ХА5, показаної на Фіг.1, де 1, 4, 5 - транзистори; 6, 8, 9, 10 - резистори; 2, 3, 7 - виводи. На Фіг.2-4 показані спрощені еквівалентні схеми між виводами 2-7, 2-3, 3-7, де II - два діоди (які являють собою еквівалент транзистора 1), 12 - діод (емітер транзистора 4), 13 - два діоди (транзистор 5), 14 - діод (емітер транзистора 1), 15 - два діоди (транзистор 4), 16 - два діоди (транзистор 5), 17 - діод (емітер транзистора 4), 18 - діод (колектор транзистора 1). На Фіг.5-7 зображено три типи вольт-амперних характеристик цих кіл, що спостерігаються. Якщо в схемі Фіг.1 немає дефектних елементів, то коло 2-7 (Фіг.2) має вольт-амперну характеристику типу Фіг.5, практично є вольт-амперною характеристикою емітера транзистора 4 (діод 12). Коло 2-3 (Фіг.3) має аналогічну вольт-амперну характеристику, власне кажучи вольт-амперною характеристикою, що є, емітера транзистора 1 (діод 14). Коло 3-7 (Фіг.4) являє собою два зустрічно увімкнених діоди 17 і 18, вольт-амперна характеристика яких показана на Фіг.6. Переглянувши на екрані характериографа вольт-амперну характеристику трьох розглянутих кіл і визначивши, що вони відповідають Фіг.5-6, можна зробити висновок що вхідна частина схеми дефектів не має і придатна для використання. Розглянемо, як відіб'ється на виді вольт-амперної характеристики кіл дефект у якому-небудь із транзисторів схеми. Наявність дефекту в транзисторі призводить до пробою одного з його р-n-переходів, вольт-амперні характеристики якого при цьому переходять від Фіг.3 до Фіг.7 (вольт-амперна характеристика резистора), що призведе і до відповідної зміни вольт-амперних характеристик кіл. Нехай, наприклад, пробито емітер транзистора 1. У схемі Фіг.2 це проявляться в тому, що нижній діод II замкнутий. Тоді верхній діод II і діод 12 утворять зустрічно-рівнобіжне увімкне двох діодів, і вольт-амперна характеристика кола 2-7 являє собою вольт-амперну характеристику типу Фіг.6. Для кола 2-3 замикання емітера транзистора І еквівалентно замиканню діода 14, отже, вольт-амперна характеристика кола відповідає Фіг.7. На вольт-амперній характеристиці кола 3-7 це не відбивається. Таким чином, візуально переглянувши на екрані характериографа вольт-амперні характеристики трьох кіл і установивши, що коло 2-7 має вольтамперну характеристику типу Фіг.6 (замість Фіг.3 у придатній схемі), коло 2-3 має вольт-амперну характеристику тип у 7 (замість Фіг.3 у придатній схемі), коло 3-7 має нормальну вольт-амперну характеристику (Фіг.6) можна зробити однозначний висновок, що схема не придатна внаслідок пробою емітера транзистора 1. Аналогічним чином можна визначити дефект будь-якого іншого транзистора. Так у транзисторів два найбільш розповсюджені дефекти: або пробій емітерного чи колекторного переходу (замикання кола емітер-база чи база-колектор), або пробій емітера на колектор (замикання кола емітер-колектор при збереженні нормальних вольт-амперних характеристик емітер-база - база-колектор). Якщо, наприклад, відбудеться пробій емітера на колектор транзистора 1, це проявиться в тому, що вольт-амперна характеристика кола 2-7 перехід від Фіг.5 до Фіг.7 при нормальних вольт-амперних характеристиках кіл 2-3 і 3-7. Пробій емітера на колектор транзистора 4 призведе до переходу вольт-амперної характеристики кола 2-3 від Фіг.5 і Фіг.7 при нормальних вольт-амперних характеристик до 2-7 і 3-7 і т. д. Отже, знову не за спостереженням вольт-амперних характеристик кіл і зіставленням їх з нормальними вольт-амперними характеристиками (придатних схем) можна зробити однозначний висновок не тільки про придатність чи непридатність схеми, але і про те, що якщо схема не придатна, то який елемент схеми має дефект. Слід відзначити, що таким способом можна визначати дефектний елемент, від якого позначок прямих виводів. Так, наприклад, немає виводів від переходу емітер-бази транзистора 5. Однак якщо він пробитий, то верхні діоди транзисторів 13 (Фіг.2) і 16 (Фіг.3) утворять відповідно з діодами 12 і 14 зустрічно-рівнобіжне з'єднання, і вольт-амперна характеристика обох кіл (2-7 і 2-3) перейдуть від Фіг.5 до Фіг.6. Отже, за видом вольт-амперної характеристики кіл 2-7 і 2-3 (вольт-амперна характеристика кола 3-7 не змінюється) можна однозначно визначити вихід з ладу саме емітера транзистора 5. Практичне застосування способу при виробництві мікросхем на заводі дозволяє зменшити брак, що дає очевидний економічний ефект. Зменшення браку забезпечується тим, що при появі непридатних мікросхем, використовуючи пропонований спосіб можна швидко визначати дефектний елемент схеми і внести зміни в технологію, що забезпечують усунення дефекту. Слід зазначити, що за великої кількості елементів мікросхеми і малою кількості виводів не завжди можна визначити всі 100% дефектів. Однак у мікросхемах невисокого ступеня інтеграції пропонований спосіб дозволяє визначати до 75% дефектних елементів і виправдує своє практичне застосування. Спосіб може бути використаний на кожному підприємстві, яке виготовляє інтегральні мікросхеми.