СПОСОБ РАЗБРАКОВКИ МИКРОСХЕМ ОПЕРАТИВНОГО ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ПО УРОВНЮ БЕССБОЙНОЙ РАБОТЫ
METHOD OF SORTING MICROCHIPS OF RANDOM ACCESS MEMORY AS TO UNINTERRUPTED OPERATION LEVEL

Изобретение относится к области электронной техники, в частности предназначено для разбраковки микросхем оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) с повышенной стойкостью к уровню бессбойной работы (УБР).
Известны способы разбраковки микросхем по радиационной стойкости, когда под радиационной стойкостью понимается стойкость к накопленной дозе воздействия ионизирующего излучения (ИИ).
Известен способ отбора радиационно стойких изделий электронной техники [1], включающий облучение партии изделий сравнительно небольшой дозой гамма-квантов или электронов с последующим отбором и исключением из партии приборов с наибольшими изменениями параметров. Возможно также облучение полной дозой, эквивалентной ожидаемой поглощенной дозе радиации в реальных условиях эксплуатации, и восстановление начальных параметров после облучения с помощью отжига при повышенной температуре.
Недостатком этого способа является невозможность прогнозирования уровня бессбойной работы микросхемы при воздействии импульсного ионизирующего излучения.
Наиболее близким аналогом - прототипом - изобретения является [2] способ разбраковки партии интегральных запоминающих устройств по радиационной стойкости к действию ионизирующего излучения, преимущественно по уровню бессбойной работы, включающий отбор из партии интегральных микросхем представительной выборки запоминающих устройств для испытания, нумерацию, измерение электрических параметров и радиационные испытания этих микросхем, проведение разбраковки всей партии запоминающих устройств на группы стойкости, включая маркировку, при этом до проведения измерения электрических параметров выборки микросхем на шины питания каждой микросхемы подают линейно возрастающее до номинального значения напряжение питания и считывают поэлементно в дополнительное запоминающее устройство контроллера содержимое матрицы элементов памяти испытываемого запоминающего устройства, затем это содержимое поразрядно инвертируют в контроллере в тестовый информационный массив, который записывают в те же элементы памяти соответствующего испытываемого запоминающего устройства, при проведении электрических измерений определяют для каждой микросхемы выборки значение времени сохранения соответствующего тестового информационного массива в элементах памяти запоминающего устройства при импульсном отключении напряжения питания микросхемы, после проведения радиационных испытаний устанавливают для выборки микросхем корреляционную взаимосвязь значений времени сохранения тестового информационного массива при импульсном отключении напряжения питания микросхем и уровней бессбойной работы этих микросхем при воздействии ИИ и определяют по размаху значений уровня бессбойной работы количество групп разбраковки и соответствующие им граничные значения времени сохранения тестового информационного массива, при разбраковке партии запоминающих устройств по группам стойкости подают на шины питания поочередно каждой микросхемы линейно возрастающие до номинального значения напряжения питания, поэлементно считывают содержимое матрицы элементов памяти этой микросхемы в контроллер, поразрядно инвертируют это содержимое в тестовый информационный массив, который записывают в те же элементы памяти классифицируемой микросхемы, измеряют время сохранения тестового информационного массива в элементах памяти этой микросхемы при импульсном отключении напряжения питания, по численному значению которого маркируют микросхему меткой соответствующей группы.
Недостатками этого способа являются:
- невозможность определения работоспособности ОЗУ с повышенными требованиями к УБР (при наличии RC-цепи в ячейках памяти);
- непрямое (косвенное) прогнозирование УБР микросхем памяти по времени сохранения тестового информационного массива при импульсном отключении напряжения питания, что не гарантирует попадание к потребителю приборов с высоким УБР;
- отсутствие взаимосвязи между временем сохранения тестового информационного сигнала и записываемым в память ОЗУ информационным кодом;
- определение УБР методами воздействия на определительную выборку микросхем гамма-излучения приводит к необратимым изменениям параметров микросхем и невозможности их дальнейшего применения;
- сложность проведения процесса разбраковки.
Технический результат заключается в том, что предложенный способ позволяет имитировать импульсное ионизирующее излучение (ИИИ), проводить разбраковку микросхем ОЗУ по параметру «уровень бессбойной работы» в процессе изготовления и определять реальный УБР и работоспособность RC-цепи в каждой ячейке и каждой конкретной микросхемы ОЗУ в целом к воздействию ИИИ.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе разбраковки микросхем ОЗУ по уровню бессбойной работы путем определения сохранности записанной тестовой информации разбраковка микросхем ОЗУ по стойкости к воздействию ИИИ происходит в процессе изготовления микросхем на всех изделиях изготавливаемой партии путем облучения не менее двух раз микросхем импульсным излучением лазера, имитирующего воздействие гамма-излучения по требуемому уровню УБР, с последующим определением сохранности предварительно записанной в микросхему информации, а в качестве информационного кода используются коды «диагональ» и «инверсная диагональ».
На фиг.1 показана топология ячейки памяти ОЗУ с повышенными требованиями к уровню бессбойной работы. Сохранность информации в ячейках памяти ОЗУ при высоких уровнях воздействия мощности дозы осуществляется при помощи RC-цепочки, включенной между плечами триггера ячейки (фиг.1) [3].
RC-цепь - это конденсатор емкостью порядка 0,6-0,8 пФ и резистор сопротивлением порядка 30-40 кОм. Конденсатор образован, как правило, легированной фосфором активной структурой (нижней обкладкой), тонким слоем окисла (порядка 300-400 ангстрем) и поликремнием в слое «затворы» (верхняя обкладка). Резистор образован, как правило, из активной структуры с высоким сопротивлением.
2
2
Примерные площади, занимаемые на кристалле элементами RC-цепи (в одной ячейке): конденсатор - 1500 мкм, резистор - 75 мкм.
2
Отсюда - основная особенность стойкого к УБР ОЗУ - большую часть площади кристалла занимают конденсаторы в ячейках (например, для ОЗУ с информационной емкостью 64 кбит общая площадь конденсаторов составит 100 мм).
Роль RC-цепочки заключается в «запоминании» состояния триггера «0» или «1» и восстановлении этого состояния после окончания действия ИИИ. Постоянная времени RC-цепочки выбирается значительно больше, чем длительность ИИИ, таким образом, чтобы во время действия ИИИ заряд конденсатора изменился не существенно. В нормальных условиях работы микросхемы, в отсутствие воздействия ИИИ и образования ионизационных токов, наличие RC-цепочки в схеме ячейки памяти не сказывается на работе микросхемы и не имеется возможности проверить стойкость ячейки к УБР иначе, как подать на микросхему импульсное ионизирующее излучение. Дефектность исходных структур и привносимая при изготовлении микросхем дефектность могут привести к изменению расчетного номинала RC-цепочки, что скажется на УБР готовых микросхем, а значит, на их годности сохранять информацию в требуемых условиях.
Радиационная отбраковка образцов микросхем, собранных на полиимидные носители, по параметру УБР осуществлялась на основе результатов контроля сохранности информации в накопителе микросхемы после эквивалентного воздействия ИИИ с уровнем, соответствующим требуемому уровню стойкости микросхем. Контроль сохранности информации проводили при напряжениях питания Ucc=4,5 B в следующей последовательности. До воздействия во все ячейки памяти БИС записывался информационный код. Во время воздействия БИС работала в режиме хранения информации. После воздействия производилось считывание информации из ячеек памяти БИС и сравнение ее с записанной до воздействия. Критерием работоспособности являлось совпадение считанной и записанной информации после двух воздействий ИИИ, при условии, что сбоя в хранении информации не наблюдалось после каждого воздействия.
При функциональном контроле применялись информационные коды «диагональ» и «инверсная диагональ», так как они являются наименее устойчивыми к импульсному воздействию [4].
Список литературы
1. Чернышев А.А., Ведерников В.В., Галеев А.И., Горюнов Н.Н. Радиационная отбраковка полупроводниковых приборов и интегральных схем. - Зарубежная электронная техника, 1979. Вып.5, С.3-25.
2. Способ разбраковки партии интегральных запоминающих устройств по радиационной стойкости (Патент РФ №2149417, МПК G01R 31/28, G06F 11/22, опубл. 20.05.2000, ретроспективный комплект описаний изобретений РФ за 2000 г. на DVD) (прототип).
3. Киргизова А.В., Григорьев Н.Г., Петров А.Г. Проблемы одновременного обеспечения высокой сбоеустойчивости и информационной емкости ОЗУ при применении RC-цепей в ячейках памяти. - Сб. научных трудов. Т.1 - М.: МИФИ, 2006, С.185-186.
4. Киргизова А.В. Влияние информационного кода на сбоеустойчивость КМОП КНС ОЗУ. - Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научных трудов. - М.: МИФИ, 2004, С.321-325.