Спосіб визначення електричних потенціалів елементів інтегральних схем

Винахід відноситься до області електронної техніки, конкретно до методів неруйнуючого контролю і аналізу IС. Найбільш близьким до заявляемого рішення являється спосіб аналізу електричного стану 1С, згідно якого на поверхню досліджуваної 1С наноситься орієнтований шар НРК, який покривається скляною пластинкою з прозорим електропровідним шаром, оберненим до НРК. Схема включається в робочий режим, а на прозорий електропровідний шар пластини подається тестова напруга. При цьому над певними ділянками схеми в НРК виникає викликане електричним полем двопроменезаломлення, яке в поляризованому світлі проявляється у вигляді оптичної картини, тобто визначаються ділянки схеми з одинаковими потенціалами (реєструється оптичний образ логічного стану схеми). Змінюючи тест, можна визначити еквіпотенціальні поверхні 1С по всій її площі. Але цей спосіб вимагає складного апаратурного забезпечення при переході від одного режиму роботи 1С до іншого, а при необхідності аналізу IС іншого типу заміні підлягатиме вся система тестів. Якщо ж стоїть завдання конкретного визначення знаку і величини потенціалу заданої ділянки (чи елемента) схеми, то для його виконання треба піддати аналізу практично всю IС. Оскільки зараз випускається велике число типорозмірів однокристальних IС, які відрізняються ще і принципом роботи, реалізувати вказаний спосіб в конкретному пристрої практично неможливо. Крім того, на поверхні схеми є ділянки металізації, окислу, напівпровідника, і при однакових потенціалах поверхні IС переорієнтація НРК над різними матеріалами буде відбуватись при різних напругах. Це означає, що даний спосіб відносно визначення величини потенціалу є неточним. Метою винаходу є розробка уніфікованого способу визначення електричних потенціалів елементів IС та пристрою для вимірювання потенціалів з підвищеною точністю, в основі яких лежать порогові характеристики електрооптичних ефектів в НРК. Це дозволить визначити знак і величину потенціалів елементів IС безпосередньо в режимі роботи, що суттєво підвищить якість контролю і аналізу роботи ІС. В основі способу лежить раніше не використана властивість орієнтованого шару НРК міняти свою орієнтацію при досягненні певного (порогового) значення напруги, прикладеної до шару, незалежно від її полярності. Вказана мета досягається тим, що в способі, визначення електричних потенціалів елементів IС, згідно якого на поверхні кристалу IС формують орієнтований шар НРК, на поверхню якого накладають скляну пластину з прозорим електропровідним шаром, на електроди 1С подають відповідні напруги і реєструють ділянки НРК, де виникає викликане електричним полем подвійне променезаломлення, на прозорий електропровідний шар подають змінний потенціал різної полярності і фіксують значення двох потенціалів різної полярності в момент переорієнтації шару НРК. При подачі на електропровідний шар потенціалів змінної полярності φ+ і φ- потенціали, при яких відбувається переорієнтація, φП+ і φп- зв'язані з шуканим потенціалом φк пороговою напругою переорієнтації слідуючими співвідношеннями: якщо φп+ = φκ- + Uпор, то і навпаки. Тоді сума потенціалів φП+ і φп- буде рівна подвійному потенціалу досліджуваного елемента схеми: φП+ і φп=2 φκ і не буде безпосередньо зв'язана з величиною UПОр. Знак шуканого потенціалу ψκ буде визначатись знаком більшого з потенціалів φп . Нижче наведено приклад реалізації запропонованого способу (див.фіг.1). Пристрій складається з поляризаційного мікроскопа 7, генератора змінної напруги 9, фотоприймача 10, блока живлення 1С 8, блока обробки даних 11, в який входять аналого-цифровий перетворювач (АЦП) і персональна електронно-обчислювальна машина (ПЕОМ). С хема блока 11 дана на фіг.2. IС 1 Із знятою кришкою корпусу закріплюється в контактний пристрій 3, який встановлюється на столику поляризаційного мікроскопа 7. На поверхню кристала 2 ІС наноситься шар НРК4 з орієнтуючою добавкою (наприклад, лецитіном). Далі НРК накривається скляною пластиною 5, на яку нанесений прозорий електропровідний шар 6 (наприклад, SnO2 чи ІnО). Шар 6 електрично з'єднується з генератором 9. Поле зору мікроскопа 7 наводиться за відповідний елемент 1С. На окуляр мікроскопа 7 монтується фотоприймач 10, що реєструє яскравість відбитого НРК 4 світла. Сигнал Іф з фотоприймача 10, як І напруга з генератора 9 подаються в блок обробки даних 11. Контактний пристрій З електрично з'єднується з блоком живлення ІС 8. Для покращення режиму роботи фотоприймача 10 поляризатори мікроскопа 7 можуть бути встановлені під кутом, при якому поле зору мікроскопа буде темним. При включенні блока живлення 1С 8 всі елементи 1С будуть знаходитись під відповідними потенціалами. На шар 6 від генератора 9 подається змінний потенціал. Коли напруга на шарі НРК 4, як різниця між потенціалами φП і φk, досягне значення Unop, почнеться переорієнтація НРК і фотоприймач 10 зафіксує зміну яскравості світла, відбитого шаром НРК 4. Фотосигнал І 10 синхронізує регістр пам'яті АЦП, який "запам'ятає" відповідне значення ψη + що привело до переорієнтації НРК, І видасть це значення в ПЕОМ. При подальшій зміні потенціалу φП момент переорієнтації шару НРК 4 над досліджуваним елементом ІС фіксується для потенціалу протилежної полярності φп- значення якого також заноситься через АЦП в ПЕОМ. ПЕОМ порівнює ці значення φП+ і φп- і видає величину і знак шуканого потенціалу. Нижче наведені приклади визначення потенціалів елементів ІС для сигналів генератора 9 різної форми. Приклад 1. На прозорий електрод від генератора 9 (наприклад, генератора типа "Фарада") на шар 6 подається періодичний сигнал трикутної форми. Відповідні діаграми зміни в часі t потенціалу φП різниці φП і φk (пунктиром) і яскравості Іф приведені на фіг.3, 4. Потенціали φП на прозорому електроді 6, при досягненні яких виникає переорієнтація НРК, на діаграмах позначені відповідно φП+ - потенціал початку переорієнтації НРК при позитивному потенціалі на прозорому електроді (6). φп- - потенціал початку переорієнтації НРК при негативному потенціалі на прозорому електроді (6). Поте нціал на досліджуваній ділянці IС визначають за залежністю Знак потенціалу φk завжди задвольняє умові: якщо якщо Наприклад, нехай виміряний потенціал φП+ = 6 В (початку переорієнтації НРК в області позитивних значень φП а в області негативних значень ψη переорієнтація НРК починається при в тоді: Як видно з діаграм фіг.3, 4, знак потенціалу φк елемента 1С, крім вказаного вище способу, легко встановити по довжині і послідовності Імпульсів фотосигналу Іф в процесі зміни величини ψη Якщо спочатку (при φп > 0) слідує більш короткий імпульс Іф , ніж наступний (при φп0. Якщо спочатку (при φп > 0) слідує більш довгий імпульс Іф , ніж наступний (при φg <