CC BY
21
Таким образом, б работе показано, что СТС обладают высокими нагрузочными и усилительными формирующими свойствами, допускают работу при размерах 100 нм и менее. Подобное сочетание СТС с ВСМОП и ПСМОП с высочайшей плотностью размещения является наилу чш им для низковольтных процессорных кремниевых УБИС. Это открывает возможности поразрядной совместимости специализированных процессорных и запоминающих устройств новейших поколений с тактовыми рабочими частотами в несколько ГГЦ.
Рис. 4 Рис. 5
ЛИТЕРАТУРА
1. Таиг У, Buchan D. et я/. // Ргос. IEEE. 1997. V.85. N 4, Р.486-503.
2. Asai S., Wada Y. // Proc.IEEE, 1997. V.85. N 4. P.505-520.
3. Бубенников A.H. // Микроэлектроника. 1990. T.19. N5. C.504-519.
4. Бубенников A.H. //Электронная техника. Сер. 10. 1993. Вып.З. С.7-14.
5. Бубенников А Н. // Микроэлектроника. 1994. N2. С.74-83.
6. Ракитин В,В,, Фгтиппов Е.И. // Микроэлектроника, 1996. Т.25, N2. C. 112-115.
7. Бубенников А.И., Ракитин В.В, Зыков A.B., Блинник С Б. •'/ Тезисы докладов Всерос. конф. «Актуальные проблемы тверд, и микроэл.», ¡998. С. 169-172.
8. Бубенников А.И., Зыков A.B., Ракитин В.В. // Электроника. Изв. вузов. 1999. N
1.
9. Бубенчиков A.H., Чер}(яев А.В, Приборно-схематехннческое моделирование в САПР БИС/ Ассоциация разработчиков САПР БИС. Таганрог: ТРТИ, 1993.
УДК 621.3.049.77.002:620.179
М.О. Рапидов ИЗМЕРЕНИЕ ЗАДЕРЖЕК МИКРОМОЩНЫХ ИНВЕРТОРОВ ЦИФРОВЫХ СБИС НА ПЛАСТИНЕ НЧ-ИЗМЕРИТЕЛЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ ГНЦ РФ НПК «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР»,
103498, Москва, МИЭТ\ НПК ТЦ, тел.: 5329S39, e-mail: lvl@techcen.zgrad.su
Введение
Во то время, когда многие заняты поисками [1] стратегий шансов хотя бы для частичной адаптации предприятий электроники к нынешним условиям в течение шести-семи лет, проходит конференция по актуальным проблемам микроэлек-
тропики. Можно констатировать: если в России проводятся такие конференции, то отечественная микроэлектроника всё ещё жива. А пока она жива, одной из самых постоянно актуальных проблем будет проблема промышленного контроля динамических параметров элементов СБИС, в том числе и задержек м икромощных инверторов. Перманентность этой проблемы обусловлена непрерывным со временем понижением минимальных топологических размеров и, как следствие, непрерывным снижением величины времени задержки цифровых элементов СБИС.
Традиционный подход к решению проблемы контроля динамических параметров заключается в пошаговой, по мере перехода к новым минимальным топологическим размерам, замене измерительного оборудования, при этом на уже освоенной элементной базе создают автоматизированные измерительные системы (АИС) для контроля динамических параметров элементной базы следующего поколения. Но в этом случае, даже в мегагерцовом частотном диапазоне, невозможно обойтись без согласованных соединителей, использование которых при контроле на пластинах наталкивается на определённые трудности. Поэтому массовый контроль динамических параметров на полупроводниковых пластинах применяется не на каждом предприятии. И это при том, что для цифровых СБИС динамические параметры структурных элементов - прекрасная интегральная характеристика качества настройки технологии производства таких схем,
В сегодняшних условиях, когда для модернизации оборудования катастрофически нет средств, закупка дорогостоящих импортных (отечественные уже не производятся) АИС нового поколения может окупаться только при крупносерийном производстве. Применение, вместо АИС, компьютерных специализированных плат с нормированными характеристиками [2] существенно сокращает затраты. Но эти устройства также имеют предельные частотные границы и не закрывают проблему необходимости согласования выхода микромощного цифрового элемента (МЦЭ) через соединитель с входом измерителя. Значительно проще согласовать выход мощного источника сигналов через соединитель с входом МЦЭ, например, применяя делитель напряжения непосредственно на контактирующем зондовом устройстве.
Контроль динамических параметров с применением встроенных элементов
Рассмотренные выше обстоятельства привели на определённом этапе к необходимости внедрения в НПК ТЦ нетрадиционных методов контроля задержек инвертирующих МЦЭ на пластине. К характерным особенностям метода можно отнести следующие пять моментов.
1. При измерениях выходные контактные площадки контролируемого кристалла не соединяют с измерительным устройством.
2. В контролируемом кристалле присутствуют дополнительные элементы для: а) преобразования внутри кристалла динамического сигнала в статический (в частности: ток потребления); б) сервисного понижения частоты контролируемого сигнала (например: делитель частоты, кольцевой генератор); в) коммутации режимов (например: мультиплексор).
3. При контроле применяют внешние эталоны высокочастотных сигналов ' стандартные генераторы импульсов или кварцевые генераторы в виде оснастки на зондовом устройстве.
4. АИС с управляющим компьютером используются для коммутации, подачи на кристалл и оснастку напряжений питания и управляющих сигналов, измерения уровней статических сигналов и вычисления по результатам измерений контролируемых задержек переключения элементов.
5. При вычислениях используется кусочно-линейная аппроксимация ха-
рактеристики преобразователя частота-уровень.
Физически метод можно реализовывать в двух вариантах: а) для тестового контроля в виде функционального тестового модуля (ФТМ): б) для контроля рабочих СБИС в виде элементов встроенного контроля. Для первого варианта целесообразно разрабатывать универсальный ФТМ под конкретный технологический вариант, а для второго - требуется разрабатывать элементы встроенного контроля с соответствующими связями под конкретный проект БИС. Возможна разработка универсальной электрической схемы ФТМ. Метод наиболее эффективен для различных вариантов КМОП технологии.
В зависимости от назначения ФТМ может входить как в состав кристалла, так и располагаться на полосе скрайбирования пластины. Требования к измерительному оборудованию минимальны. Контроль с помощью ФТМ можно проводить на любой низкочастотной АИС, в составе которой должно быть не менее двух источников напряжения и одного измерителя тока. Например, на АИС типа АІК ТЕ5Т-2 реализован контроль задержек до десятых долей наносекунд с точностью 0.1%, причем пластины размешались на зондовом автомате ЭМ-6010, а в качестве соединителя применялось стандартное УКФ.
Вариант реализации метода
В качестве примера рассматривается используемый на практике контроль среднего времени переключения инвертирующего МЦЭ на пластине. Базовая схема для этого случая показана на рис.1
Использован стробируемый кольцевой генератор (КГ), у которого при "лог.О" на входе устанавливается "лог.1" на выходе, а режим генерации - при
Рис.1. Схема контроля, где ИГЛ, ИП2 - источники напряжения; контактные площадки: \Jnum, Епит, Общ - питания, у - управления; стрелками обозначены зонды; Сф - конденсаторы фильтра питания.
"лог.1" на входе. Коммутатор, в зависимости от свободной площади кристалла для ФТМ, можно располагать как внутри, так и вне кристалла и предназначен для подачи на вход логического вентиля постоянных логических уровней и импульсных сигналов от эталонного генератора.
Метод основан на том, что ток потребления инвертора можно представить в
виде
Сф
Сф
Іпот ~ Ідин + + , + іст^ і ст
ІХ + ІП 1, + Тп
ЇІ + Г о Г. + Го
где Iдин - динамическая составляющая тока потребления, і\т - ток потребления
Г 1
инвертора при "лог!" на его выходе в течение времени Iст - ток потребления
инвертора при "лог.О" на его выходе в течение времени t¡).
Для контроля среднего времени задержки распространения инверторов использован метод кольцевого генератора, который заключается в том, что в цепочке из нечетного числа (К1), последовательно соединенных инверторов, замкнутой в кольцо - кольцевой генератор, возникают автоколебания с периодом Тг, измеряя который, можно рассчитать среднее время задержки инверторов. Для предотвращения появления колебаний нечётных гармоник желательно [3] задействовать в цепи КГ малое число инверторов.
Процесс контроля параметров инверторов при помощи ФТМ состоит из двух этапов: 1, Измерение тока потребления иепочки инверторов II,...Дп в нескольких режимах, которые различаются состояниями контрольного выхода цепочки: "лог.!". "лог.О", Лсг - частота КГ, П, {2 - частоты эталонного генератора. 2. Расчёт среднею времени задержки с использованием линейной аппроксимации характеристики преобразования частота - ток потребления, причём прямая проходит через две точки с абсциссами Л и Й. Например, для КМОП инверторов искомое время равно:
( __________________________________________5
1' 2Д'{/2[/(/ ..>/(/,)]+/,[/(/2)-/(/„)]}
где 1(Т) - измеренные токи потребления В ! -ом режиме.
Коммутатор (внутри ФТМ) можно использовать для соединения с входом вентиля дополнительных КГ из МЦЭ разных типов. Например, в НПК ТЦ контролируют четыре типа МЦЭ на скрайберных полосах пластин между рабочих БМК серии ТЦ-10000. При этом из-за ограниченных габаритов полос под ФТМ отведена окрестность десяти контактных площадок, размещенных в линию. Габариты логических элементов ФТМ соответствуют геометрическим размерам библиотечных элементов БМК. Тем самым ФТМ обеспечивает контроль четырех динамических и двух статических (средний ток потребления инвертора в двух логических состояниях) параметров. Такой модуль применяется для контроля при отработке и модернизации технологического процесса, а также для проверки качества настройки процесса и для анализа при случаях сбоев при производстве. На скрайберных полосах в зависимости от размеров БМК располагается разное число ФТМ, в частности 210 модулей. Точность контроля на АИС А1К ТЕБТ-2 лучше 1%. Типичные результаты по достоверности контроля каждого типа МЦЭ показаны в таблице !, а примеры результатов контроля на разных пластинах - в таблице 2. Пример карты распределения величины задержки (на карте {8) МЦЭ первого типа для пластины 72-02-8 показан на рис.2.
Таблица !
Результаты 100-кратного контроля ФТМ пластины 72-02-8________________
Статистический Параметр Средняя задержка МЦЭ:
тип 1 Тип 2 тип 3. тип 4
Тппп, не 0.4429 0.5284 0.6931 0.6248
Тшах, не 0.4442 0.53 0.7011 0.6268
1ср, не 0.4434 0.5291 0.6994 0.6259
Огср, не 0.0005 0.0006 0.0008 0.0007
01срЛср, % 0.11 0.51 0.12 0.11
Таблица 2
Статистические параметры контроля ФТМ_______________________
Значения по пластине тип 1 тип 2 тип 3 тип 4 № пластины
Задержка, не 0.32 0.40 0.78 0.60
Вариация, % 5 § 5 8 72-01-1
Число годных 42 78 78 67
Задержка, не 0.48 0.59 0.90 0.70
Вариация, % 7 8 9 4 72-02-8
Число годных 70 72 72 71
Задержка, не 1.57 2.03 2.32 1.96
Вариация, % 9 8 6 8 73-01- 10
Число годных 145 | 145 147 146
□ ОООООООО
( Всего: юд. Годных; 70 )_______________
Рис. 2. Карта распределения параметра ¡8 по шастине Основные достоинства метода.
Метод реализуется на АИС предназначенной для контроля статических параметров, стоимость которой ниже чем АИС для динамических параметров при одинаковом классе точности.
Практически не требуется модернизации оборудования по мере увеличения быстродействия контролируемых элементов в результате прогресса технологии изготовления этих элементов.
Из-за отсутствия необходимости в согласовании выходного импеданса МЦЭ обеспечивается контроль на пластине при использовании любых зондовых устройств, и контроль в корпусе на значительном удалении от АИС при использовании низкочастотных соединителей.
Обеспечивается контроль даже несинхронных схем, контроль которых реализован не на каждой АИС предназначенной для контроля динамических параметров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Г.Красников, А.Нечипарепко Формирование ассортимента продукции производителя ИС в условиях реформируемой экономики России/'/' Электроника: НТБ. 1998. №3-4. С.63-65.
2. «Виртуальные» измерительные приборы//Электроника: НТБ. 1998, №3-4. С.] 38.
3. N. Sasaki Higher Harmonic Generation in CMOS/SOS Ring Oscilïators//IEEE Transactions on Electron Devices. Vol. ED-29. № 2. 1982. P.2S0-283.
УДК 621.396.6
A.A. Лебедев, A.M. Вайзер
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР) АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ. ПРОГРАММА "CREATOR'’
Московский государственный инженерно — физический институт 115409, Каширское ш. 31, тел.: 3240184, 3239191, e-mail: djatel@jtpex.micro.mephi.ru, aalebedevCapnail.ru
Как известно, решение проблемы синтеза аналоговых интегральных схем (ИС) алгоритмическими методами практически невозможно, так как в аналоговой технике отсутствует формализованная процедура проектирования АИС из-за сложности организации полноты элементной базы .
В работе предложена методология анализа и синтеза аналоговых ИС (па примере повышения быстродействия и точности стандартных ИС ОУ классов тА741 и 846) путем разбиения (деком позипии) их структур на блоки, каскады, узлы и элементы, занимающие в структуре базы данных (БД) пять логических уровней (подробней см. ниже).
Решение поставленной задачи - повышение точности и быстродействия указанных ИС ОУ - основывается на использовании инженерных методик и правил поиска новых технических решений. Эти решения требуют введения в соответствующие структуры прототипа токовых динамических конфигураций [I]. При этом гарантируется сохранение динамической целостности проектируемого устройства и выполнение законов коммутации в электрической цепи,
Предложенные методы синтеза аналоговых ИС выдвигают на первый план научно обоснованные методы декомпозиции прототипа и разработку БД, Предложенная модель синтеза основывается на двух основополагающих моментах: формирование правил синтеза и практическая реализация в виде программного продукта.
Процедура синтеза может быть разбита на несколько этапов:
1. Определение "окон" (узлов) прототипа с целью улучшения тех или иных показателей и характеристик.
2. Выбор схемотехнической ячейки, заложенной в библиотеку БД.
3. Программа синтеза новой ячейки, не содержащейся в БД.
4. Объединение выбранной схемотехнической ячейки с исходной схемой прототипа.
5. Верификация предложенных решений с точки зрения сохранения динамической целостности функционирования и выполнения законов коммутации в электрической цепи "окна".
