[go: up one dir, main page]

RU2836117C1 - Method of rejecting potentially unreliable digital integrated circuits by signal propagation delay time - Google Patents

Method of rejecting potentially unreliable digital integrated circuits by signal propagation delay time Download PDF

Info

Publication number
RU2836117C1
RU2836117C1 RU2024120703A RU2024120703A RU2836117C1 RU 2836117 C1 RU2836117 C1 RU 2836117C1 RU 2024120703 A RU2024120703 A RU 2024120703A RU 2024120703 A RU2024120703 A RU 2024120703A RU 2836117 C1 RU2836117 C1 RU 2836117C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
value
delay time
signal propagation
propagation delay
potentially unreliable
Prior art date
Application number
RU2024120703A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владимирович Строгонов
Татьяна Геннадьевна Меньшикова
Алексей Владимирович Арсентьев
Александр Александрович Винокуров
Митрофан Иванович Горлов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ВГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ВГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ВГТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2836117C1 publication Critical patent/RU2836117C1/en

Links

Abstract

FIELD: microelectronics.
SUBSTANCE: invention relates to microelectronics and specifically to methods of rejecting potentially unreliable digital integrated circuits (DIC) by signal propagation delay both in the process of their manufacture and in the manufacture of radioelectronic equipment. Signal propagation delay time is measured at the DIC batch on all IC inputs. First criterion for rejection of potentially unreliable ICs is established by the absolute value of the signal propagation delay, which does not exceed the specified value, at supply voltage close to the critical value. Signal propagation delay time is measured at the same circuits and inputs at rated supply voltage. Constructing a table, where for each DIC the minimum value of the signal propagation delay time when one of the inputs is switched off is taken as a unit, and the other inputs are used to record coefficient Ki, which is equal to the ratio of the value of the signal propagation delay time along this input to the value of the minimum delay time value, taken as a unit. Second criterion for rejection is selected based on the value of the coefficient Ki, which does not exceed the specified value. Those DIC, in which two criteria coincide, are considered to be potentially unreliable.
EFFECT: high reliability of rejection results for potentially unreliable ICs.
1 cl, 3 tbl

Description

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.The invention relates to microelectronics, namely to methods for rejecting potentially unreliable digital integrated circuits (DICs) based on the signal propagation delay time both during their manufacturing process and during the manufacturing of electronic equipment.

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.A method for monitoring integrated circuits (IC) is known, patent RU 2285270 C1, authors Gorlov M.I., Plebanovich V.I., Smirnov D.Yu., including measuring their static parameters at nominal supply voltage, measuring the static parameters of the integrated circuit at reduced supply voltage in the range of 3.1-3.2 V, determining the differences in the values of the static parameters measured at nominal and reduced supply voltages, and comparing this difference with the reference value. The disadvantage of the method is that it does not cover defects that appear in the dynamic mode of operation of the integrated circuit.

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.There is also a known method [Pokrovsky F.M. Comparative assessment of the quality of CMOS ICs // Proceedings of the reports of the scientific and technical seminar "Noise and degradation processes in semiconductor devices". Moscow: MIET, 1996, pp. 265 - 272] of rejecting potentially unreliable CMOS ICs, based on measuring the critical supply voltage E cr and its dependence on the repetition rate of test signals. The disadvantage of this method is low productivity, due to the determination of the signature in the i-th measurement cycle, a decrease in the supply voltage of the IC, determination of the signature in the (i + 1) cycle, comparison with the previous value, etc. until the signature analyzer records a failure in the operation of the IC, as well as low reliability.

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.The closest in technical essence and achieved effect is the method [Gorlov M.I., Emelyanov A.V., Smirnov D.Yu. Diagnostics in modern microelectronics. Minsk: Integralpoligraf, 2011. - 378 p.]. A supply voltage close to the critical one and an input test sequence of pulses with an amplitude limited by the supply voltage of the tested IC are applied to the tested IC to prevent false alarms and circuit breakdown. As an informative parameter for IC rejection, the signal propagation delay time when turning on and off is measured, which allows for a greater account of IC defects than measuring static parameters, and at the same time is an earlier stage of defect detection than an unstable signature. IC rejection is carried out by comparing the difference in the response values when turning on (off) between the average value of the response delay of a specific IC with the reference value.

Недостатком этого способа является низкая производительность.The disadvantage of this method is low productivity.

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.It is known that the time parameters of digital integrated circuits increase with a decrease in supply voltage, which is equivalent to an increase in the duration of the transient process during operation [Kurachenko S.S., Prokhorenko V.A., Volnov V.V. New method for diagnosing integrated circuits // Electronic Industry, 1990. - No. 6. - P. 71-72]. Based on this principle, a method for predicting the performance of digital integrated circuits is proposed.

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.According to the circuit design and manufacturing technology, the time parameters for identical inputs should ideally be the same, but in fact they differ. The magnitude of the difference in the time parameters for identical inputs carries information about the imperfection of the surface and volume structure of p-n junctions. Therefore, by measuring the time parameters for identical inputs, their difference can be used to judge the potential reliability of these junctions, and, consequently, the reliability of the digital integrated circuit as a whole.

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.The proposed diagnostic method consists of measuring dynamic parameters on a batch of digital integrated circuits in which it is necessary to identify and then separate potentially unreliable circuits, for example, the signal propagation delay time when switching on (switching off), at all inputs separately at a supply voltage close to critical, and the same for all digital integrated circuits. The first criterion for rejecting potentially unreliable integrated circuits is established by the absolute value of the time (dynamic) parameter.

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.Then, on the same circuits, the same time parameter is measured for all inputs at the nominal supply voltage and a table is constructed, where for each digital integrated circuit, the minimum value of the signal propagation delay time when switching on (off) for one of the inputs is taken as one, and for the remaining inputs, the coefficient K i is recorded, equal to the ratio of the signal propagation delay time for a given input to the value of the minimum delay time, taken as one, and the second evaluation criterion for rejection is selected, and those digital integrated circuits for which the two criteria coincide are considered potentially unreliable.

Конкретные значения критериев определяются для каждого типа ЦИС в зависимости от жесткости требований по надежности.Specific values of the criteria are determined for each type of CIS depending on the severity of the reliability requirements.

Был проведен следующий эксперимент.The following experiment was conducted.

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.On 10 randomly selected K155LR1 type digital integrated circuits (two 2I-2OR-NOT elements, one with OR expansion), the signal propagation delay time was measured when switching off. at a supply voltage of U H = 2 V and a pulse frequency of 10 MHz (table 1). This voltage is determined by reducing the supply voltage for each circuit until the digital integrated circuit still operates as intended.

Таблица 1Table 1

№ схемыScheme No. Время задержки распространения сигнала при выключении нс, при U пит = 2 В, по выводам (2, 3, 4, 5 - выводы входов, 6 - вывод выхода)Signal propagation delay time when switching off ns, at U supply = 2 V, by terminals (2, 3, 4, 5 - input terminals, 6 - output terminal) 2-62-6 3-63-6 4-64-6 5-65-6 11 120120 7070 100100 8080 22 120120 120120 120120 100100 33 130130 100100 100100 100100 44 140140 100100 100100 9090 55 160160 100100 110110 9090 66 150150 100100 110110 9090 77 120120 100100 110110 100100 88 150150 110110 100100 110110 99 130130 100100 100100 110110 1010 120120 100100 100100 9090

Если по полученным данным таблица 1выбрать первый критерийнс, то потенциально ненадёжными будут ЦИС №5, 6, 8.If, based on the data obtained in table 1, we select the first criterion ns, then CIS No. 5, 6, 8 will be potentially unreliable.

Далее измерили при номинальном напряжении питания (таблица 2).Then we measured at nominal supply voltage (table 2).

Таблица 2Table 2

№ схемыScheme No. Время задержки распространения сигнала при выключении нс, при U пит = 5 В, по выводамSignal propagation delay time when switching off ns, at U pit = 5 V, by terminals 2-62-6 3-63-6 4-64-6 5-65-6 11 3030 2525 3030 3030 22 3030 3030 2525 3030 33 3030 4040 2525 3030 44 3535 3030 2525 3030 55 3030 3535 2020 3030 66 3030 2525 2525 3030 77 4040 3030 2525 3030 88 4040 3030 2020 3030 99 3535 4040 2525 3030 1010 4545 2525 2020 3030

По полученным данным составлена таблица 3 коэффициентов увеличения по всем выводам относительно минимального значения K i для каждой схемы.Based on the data obtained, a table of 3 increase factors was compiled. for all conclusions relative to the minimum value of K i for each circuit.

Таблица 3Table 3

№ схемыScheme No. Значения коэффициента K i по выводамValues of the coefficient K i by the conclusions 2-62-6 3-63-6 4-64-6 5-65-6 11 1,21,2 11 1,21,2 1,21,2 22 1,21,2 1,21,2 11 1,21,2 33 1,21,2 1,61.6 11 1,21,2 44 1,41.4 1,21,2 11 1,21,2 55 1,51.5 1,751.75 11 1,51.5 66 1,21,2 11 11 1,21,2 77 1,61.6 1,21,2 11 1,21,2 88 22 1,51.5 11 1,51.5 99 1,21,2 1,61.6 11 1,21,2 1010 2,252.25 1,251.25 11 1,51.5

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.According to table 3, with the second criterion K i ≥ 1.75, schemes No. 5, 8, 10 will be potentially unreliable. The final conclusion for two criteria simultaneously is as follows: schemes No. 5, 8 will be potentially unreliable.

Проведенные испытания в течение 500 ч при максимальной нагрузке и повышенной температуре 70°С подтвердили полученные результаты.Tests conducted over 500 hours at maximum load and elevated temperature of 70°C confirmed the obtained results.

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.The technical result of the claimed method is an increase in the reliability of the results of rejecting potentially unreliable integrated circuits using the measurement of the signal propagation delay time due to the fact that the value of the signal propagation delay time is measured at two supply voltages, a coefficient K i is introduced, equal to the ratio of the value of the signal propagation delay time at a given input to the value of the minimum delay time value, taken as a unit, and the rejection of potentially unreliable circuits is carried out according to two criteria.

Claims (1)

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.A method for rejecting potentially unreliable digital integrated circuits (DICs) by the signal propagation delay time, according to which, on a batch of digital integrated circuits in which it is necessary to identify and then separate potentially unreliable circuits, the signal propagation delay time is measured at all inputs of the IC, characterized in that the first criterion for rejecting potentially unreliable ICs is established by the absolute value of the signal propagation delay time, which does not exceed the established value, at a supply voltage close to the critical one, then the signal propagation delay time is measured on the same circuits and inputs at the nominal supply voltage and a table is constructed, where for each digital integrated circuit the minimum value of the signal propagation delay time when turning off one of the inputs is taken as one, and for the remaining inputs the coefficient Ki is recorded, equal to the ratio of the signal propagation delay time value at a given input to the value of the minimum delay time value taken as one, and the second criterion for rejecting is selected by the value of the coefficient Ki, which does not exceed the established value, and those digital integrated circuits for which the same two criteria are considered potentially unreliable.
RU2024120703A 2024-07-23 Method of rejecting potentially unreliable digital integrated circuits by signal propagation delay time RU2836117C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2836117C1 true RU2836117C1 (en) 2025-03-11

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4146835A (en) * 1978-03-08 1979-03-27 Western Electric Co., Inc. Testing the differential response times of a plurality of circuits
RU2046365C1 (en) * 1992-10-19 1995-10-20 Самарский государственный аэрокосмический университет Process of rejection of cos/mos integrated circuits by reliability level
JP2002243800A (en) * 2001-02-16 2002-08-28 Nec Microsystems Ltd Abnormality detecting circuit and abnormality detecting device for semiconductor integrated circuit
RU2276378C1 (en) * 2004-10-06 2006-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method for screening potentially unreliable integral circuits
RU2284538C1 (en) * 2005-02-24 2006-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of rejection of potential unreliable integrated printed circuits
RU2285270C1 (en) * 2005-02-24 2006-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method for dividing integral circuits based on reliability

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4146835A (en) * 1978-03-08 1979-03-27 Western Electric Co., Inc. Testing the differential response times of a plurality of circuits
RU2046365C1 (en) * 1992-10-19 1995-10-20 Самарский государственный аэрокосмический университет Process of rejection of cos/mos integrated circuits by reliability level
JP2002243800A (en) * 2001-02-16 2002-08-28 Nec Microsystems Ltd Abnormality detecting circuit and abnormality detecting device for semiconductor integrated circuit
RU2276378C1 (en) * 2004-10-06 2006-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method for screening potentially unreliable integral circuits
RU2284538C1 (en) * 2005-02-24 2006-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of rejection of potential unreliable integrated printed circuits
RU2285270C1 (en) * 2005-02-24 2006-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method for dividing integral circuits based on reliability

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thibeault An histogram based procedure for current testing of active defects
US7898277B2 (en) Hot-electronic injection testing of transistors on a wafer
US6414508B1 (en) Methods for predicting reliability of semiconductor devices using voltage stressing
US10067186B2 (en) Method and apparatus for generating featured test pattern
Madge et al. In search of the optimum test set-adaptive test methods for maximum defect coverage and lowest test cost
US6140832A (en) Method of utilizing IDDQ tests to screen out defective parts
Sabade et al. Improved wafer-level spatial analysis for I/sub DDQ/limit setting
RU2836117C1 (en) Method of rejecting potentially unreliable digital integrated circuits by signal propagation delay time
US6812724B2 (en) Method and system for graphical evaluation of IDDQ measurements
CN113488401B (en) A chip testing method and device
JPH0545423A (en) Fault analyzing method for integrated circuit
Pan et al. Estimating error rate in defective logic using signature analysis
KR102590203B1 (en) Method and device for wafer-level testing
JP2000206174A (en) Inspection method for semiconductor device
RU2702962C1 (en) Method for comparative evaluation of batches of semiconductor articles by reliability
Madge et al. The value of statistical testing for quality, yield and test cost improvement
US20140152338A1 (en) Electronic device reliability measurement system and method
RU2204142C2 (en) Method of selective test of reliability of transistors in lot
US6289291B1 (en) Statistical method of monitoring gate oxide layer yield
RU2257591C1 (en) Method for determining potentially unstable digital integral circuits
Duey et al. Improved quality and reliability using operating extremes test methods
RU2739480C1 (en) Method of comparative evaluation of batches of transistors by quality and reliability
KR100934793B1 (en) Semiconductor device test method and apparatus and proper stress voltage detection method
Anderson et al. Modeling & monitoring of product DPPM with multiple fail modes
Lee et al. Error sequence analysis