Podręcznik

6.2. Defekty i uszkodzenia produkcyjne

Typowe bramki cyfrowe CMOS, a zwłaszcza bramki statyczne, są mało wrażliwe na parametry tranzystorów. Tranzystory działają jak przełączniki - przewodzą prąd lub nie. Ich charakterystyki mają wpływ na takie parametry, jak szybkość działania i pobór prądu, ale nie na to, czy bramka w ogóle działa, czy też nie. Dlatego głównym problemem w układach cyfrowych nie są uszkodzenia parametryczne, ale uszkodzenia katastroficzne (o defektach i uszkodzeniach była mowa w części I, punkt 4.2.6). 

W układach cyfrowych CMOS najczęściej obserwujemy uszkodzenia katastroficzne powodowane przez defekty strukturalne. Przykład takiego defektu – cząstki przewodzącej, która zwiera ścieżki przewodzące – pokazuje poniżej zdjęcie mikroskopowe.

Rysunek 6 1. Przykład defektu - zwarcia ścieżek przewodzących (zdjęcie wykonane mikroskopem elektronowym)

Najpospolitsze są defekty powodujące zmiany w połączeniach w układzie: zwarcia ścieżek oraz przerwy w ścieżkach. W układach mających wiele warstw połączeń, i co za tym idzie - dużą liczbę kontaktów między warstwami metalu, dość częste są też uszkodzenia polegające na braku kontaktu między warstwami metalu, co jest zwykle spowodowane niedostatecznym wytrawieniem okna kontaktowego w dielektryku. Zdarzają się też inne defekty, jak na przykład „dziury” w cienkim dielektryku bramkowym tranzystorów MOS powodujące połączenie elektryczne bramki z kanałem i całkowicie zniekształcające charakterystyki uszkodzonego tranzystora.

W dużych cyfrowych układach scalonych spotyka się także uszkodzenia katastroficzne, które mają swe przyczyny w nadmiernym rozrzucie produkcyjnym parametrów elementów, a nie w defektach strukturalnych. Ten nadmierny rozrzut może na przykład powodować, że czasy propagacji sygnałów zegarowych w buforach zegara, które powinny być jednakowe, są w rzeczywistości różne, wobec czego zegar nie dociera jednocześnie do wszystkich bloków układu. Małe różnice zawsze istnieją i nie są szkodliwe. Jeśli jednak różnice w czasie propagacji sygnałów zegara stają się porównywalne z okresem zegara, to układ przestaje być układem synchronicznym. Taki układ może działać prawidłowo pod warunkiem obniżenia częstotliwości zegara, ale bywa i tak, że nie pracuje prawidłowo przy żadnej częstotliwości. Mamy więc wtedy do czynienia z uszkodzeniem katastroficznym. Tutaj jednak nie będziemy zajmować się tego rodzaju uszkodzeniami.