CMOS集成电路潜在缺陷的最小电压检测

2011-09-20 16:53:58来源: 互联网

引 言
   
有潜在缺陷的芯片有可能通过生产测试,但是在实际应用中却会引起早期失效的问题,进而引起质量问题。为了避免这个问题,就需要在产品卖给客户之前检测出这种有问题的芯片。一般的检测技术包括Burn—in、IDDQ测试、高压测试和低压测试等。Burn—in是一种有效的也是目前应用最广泛的测试技术,但是Burn—in的硬件设备相当昂贵,而且测试时间也比较长,从而间接地增加了产品的成本。IDDQ测试对于大规模集成电路,特别是亚微米电路效果不理想,主要是由于随着电路规模的增加和尺寸的减少,暗电流也会增加。高压检测对电路中的异物连接,如金属短路,也没有很好的效果,甚至有时会掩盖此类缺陷。在远低于正常运行电压的环境下,正常芯片和有缺陷的芯片有着不同的电性表现,因此可以根据正常芯片的数据设置最小电压,根据此数值来判断芯片是否合格。
    以下将具体介绍最小电压(MINVDD)测试方法。


1 合格芯片的最小电压

    CMOS电路的正常运转依靠正常的电压供给。在正常的范围内,电压供给越高,电路就会运行得越快;同样,电压供给越低,电路就会运行得越慢。如果电压足够低,电路就会输出错误信号或者停止运行。最小电压就是电路能够输出正确逻辑值的电压临界值。
    图1是O.7μm技术制造的芯片的电压与延迟的关系曲线图。正常的电源电压是5 V,当电压降低时,芯片运行的延迟就相应地增加。当电压低于1.24 V时,芯片就不能输出正确的逻辑数值。因此这种芯片的最小电压值就是1.24 V。

2 有缺陷芯片的最小电压
   
不合格芯片的缺陷类型主要有:金属污染物造成的短路,氧化物污染物造成的短路,阈值电压偏移,电性通道开路。本文主要针对在实际生产中具有代表性的金属污染物造成的短路、阈值电压偏移和电性通道开路来做最小电压测试的研究。
2.1 金属性短路
   
金属性短路是在封装前随机地沾染到金属微粒,从而在电路节点处造成的短路。图2是一个典型的金属性短路的模型。可以看到‘a’与‘b’之间的金属微粒造成了2条电路之间的短路,并假设该金属微粒的电阻是Rm,INl口输入逻辑“0”,IN2口输入逻辑“1”。如图2所示,电流的路径由X1中的PMOS,金属微粒,X3中的NMOS电路组成,因此,a、b之间的电压值就不是VDD与GND之间的电压,而是介于两者之间的一个值。

    假设PMOS的电阻是R1,NMOS电阻是R3。R1、R3、Rs就组成了一个分压串联电路,则a处的电压可以表示成:

   
    当电源电压变小时,由于R1和R3增大,V(a)会随之下降。因此从输入INl到OUTl之间的延迟会由于反相器X2延迟的增加而增加。当电源电压降到一定数值时,V(a)就会低于X2的门限电压,输出逻辑“1”,而正确的输出结果应该是逻辑“0”,在这个电压值处,电路的功能就开始发生错误。这点电压就是最小电压值,也就是判断芯片是否具有金属性缺陷的数值标准。
    表1列出了当金属微粒的电阻不同时,所对应的最小电压值。合格芯片的最小电压值是O.45 V,当Rs小于3kΩ时,电路在正常的电源电压(实验中为1.8 V)下就会失效;当Rs的范围在3 kΩ到10 kΩ时,最小电压值逐步递减,但是仍然远高于O.45 V。

[1] [2]

关键字:CMOS集成电路  潜在缺陷  电压检测

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0920/article_3504.html
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