CH635686A5 - Verfahren und vorrichtung zur pruefung von elektrischen leiterelementen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines elek- verbindet.

trischen Leiterelementes durch Bestimmen der Nichtlinearität Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung kann die des elektrischen Widerstandes des Leiterelementes als Funktion Nichtlinearität des Widerstandes eines nominell linearen Leiter-des im Leiterelement fliessenden Stromes, insbesondere zur elementes dadurch bestimmt werden, dass das Leiterelement Verwendung bei der Herstellung von integrierten Schaltungen, 55 zwischen die Ausgangsanschlüsse eines wechselstromgekoppel-sowie ein Prüfgerät zur Durchführung des Verfahrens. ten linearen Netzwerkes geschaltet wird, an das eine wiederkeh-

Elektrische Leiterelemente, beispielsweise Gold, Alumi- rende Folge von Impulsen angelegt ist. Durch Messen des sich nium oder in geeigneter Weise dotierte, auf einem Substrat ab- ergebenden Mittelwertes für den Strom im Element oder die geschiedene Siliciumstreifen werden üblicherweise bei integrier- Spannung über dem Element wird ein Mass für die Nichtlineari-ten Schaltungen zur elektrischen Verbindung aktiver und passi- so tat des Widerstandes des Leiterelementes gewonnen. Diese ver Bauteile benutzt. Solche Leiterelemente haben eine typische neuartige Prüfung für die Nichtlinearität kann gleichzeitig bei Dicke in der Grössenordnung von Bruchteilen eines Mikrome- einer Vielzahl von Leiterelementen durchgeführt werden, bei-ters und eine Breite in der Grössenordnung einiger weniger spielsweise Dünnfilm-Leiterstreifen auf dem Halbleiterplätt-

Mikrometer. Sie lassen sich demgemäss visuell nur mit einer chen einer integrierten Schaltung, und liefert einen Schätzwert Vergrösserungseinrichtung, beispielsweise einem Mikroskop 65 für die Zuverlässigkeit solcher Leiterstreifen.

prüfen. Darüber hinaus ist eine visuelle Prüfung wegen des ho- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung nä

hen Zeitaufwandes bei der industriellen Massenherstellung von her beschrieben. Es zeigen:

integrierten Schaltungen unpraktisch. Fig. 1 das Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Bestim-

3 635 686

mung der Nichlinearität des Widerstandes nach dem erfindungs- Widerstandes aufgrund einer Joule'schen Aufheizung des Lei-

gemässen Verfahren, terelementes passt.

Fig. 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Schaltung Die Anwendung des offenbarten Verfahrens iässt sich zur Bestimmung der Nichtlinearität des Widerstandes nach dem zweckmässig unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschreiben. Es kann erfindungsgemässen Verfahren, 5 gezeigt werden, dass, wenn der Generator 11 einen Strom mit

• Fig.3 eine graphische Darstellung von Prüfergebnissen, rechteckiger Kurvenform der Grösse I und einem Tastverhältnis

Fig. 4 eine Prüfstation zur Prüfung von Mikroschaltungen, F liefert, die durch das Mittelwert bildende Voltmeter 13 ge-

Fig. 5 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Schaltung messene Spannung V gegeben ist durch die Formel zur Bestimmung der Nichlinearität des Widerstandes nach dem V=XR I3F(1-F) (1-2F)

erfindungsgemässen Verfahren. io 0

In Fig. 1 ist ein Stromgenerator 11 und ein wechselstromge- aus der sich die direkte Beziehung zwischen der Spannung V

koppeltes lineares Netzwerk 15 gezeigt, das aus einem Sperr- und der Nichtlinearität X ergibt. Es zeigt sich ausserdem, dass kondensator 12 besteht. Ein mittelwertbildendes Voltmeter 13 bei Verwendung eines Tastverhältnisses von F= 0,5 gilt, dass misst die mittlere Spannung über Leiterelement 14, das mit Hil- V=0 unabhängig vom Wert des Parameters X ist. Demgemäss fe des beschriebenen Verfahrens auf eine Nichlinearität des Wi- 15 ist eine Kurvenform mit einem Tastverhältnis von 50% für die derstandes geprüft wird. Der Generator 11, das Netzwerk 15 Prüfung der Nichtlinearität unbrauchbar. Andererseits wurde und das Voltmeter 13 befinden sich innerhalb einer Umhüllung festgestellt, dass Tastverhältnisse F1 = 0,21 und F2=0,79 zu

16. einem Maximalwert Vm für die mittlere Spannung V führen.

Fig. 2 zeigt einen Stromgenerator 21 und ein Wechselstrom- Demgemäss sind Tastverhältnisse von etwa 20% oder etwa gekoppeltes lineares Netzwerk 25, das aus einem Transformator 20 80% besonders vorteilhaft für eine volle Ausnutzung der Mög-

22 besteht. Ein Mittelwert bildendes Voltmeter 23 misst die lichkeiten eines Voltmeters mit begrenzter Empfindlichkeit, mittlere Spannung über dem Leiterelement 24, das mit Hilfe des Allgemeiner gesagt, ist ein Tastverhältnis im Bereich zwischen beschriebenen Verfahrens auf eine Nichtlinearität des Wider- 10% und 40% oder im Bereich zwischen 60% und 90% für eine standes geprüft wird. Der Generator 21, das Netzwerk 25 und ausreichend genaue Bestimmung der Nichtlinearität brauchbar,

das Voltmeter 23 befinden sich innerhalb einer Umhüllung 26. 25 Beziehungen zwischen der mittleren Spannung V und der

Fig. 3 zeigt auf der Ordinate einen Strom in mA als Funk- Nichtlinearität >. ähnlich den oben angegebenen Beziehungen tion der auf der Abszisse angegebenen Zeit in Stunden bei einer gelten für nicht rechteckige Kurvenformen. Ausserdem können

Prüfung einer Anzahl von Aluminiumleiter mit stufenförmiger auch andere Netzwerke als das Netzwerk 15 in Fig. 1 für die

Beanspruchung durch einen hohen Strom. Markierte und be- Zwecke der Erfindung mit Vorteil benutzt werden. Insbesonde-

zeichnete Punkte geben einen Ausfall des Leiterelementes an, 30 re kann gemäss Fig. 2 ein Transformator 22 anstelle des Sperr-

wobei der angegebene Zahlenwert die durch das Voltmeter 13 kondensators 12 gemäss Fig. 1 benutzt werden. Generell ist in Fig. 1 gemessene Spannung ist. Man erkennt, dass die Höhe erforderlich, dass das Netzwerk 15 linear und wechselstromge-

der gemessenen Spannung in direkter Beziehung zu einem früh- koppelt ist.

zeitigen Ausfall des jeweiligen Elementes steht. Zusätzlich zu einem Verfahren mit einer Messung der mitt-

Fig. 4 zeigt einen elektrisch isolierenden Ring 41 einer Prüf- 35 leren Spannung über einem Leiterelement aufgrund eines station für Mikroschaltungen. Prüfelektroden 42 sind auf dem Stromsignals mit dem zeitlichen Mittel Null entsprechend der Ring 41 befestigt und mit nicht gezeigten Prüfschaltungen ver- obigen Erläuterung gehört ein duales Verfahren und eine entbunden. Die Spitzen der Prüfelektroden sind gegen Kontaktkis- sprechende Vorrichtung auf der Grundlage der Strom-Span-sen entlang den Kanten des geprüften Bauteils 43 gepresst. nungsdualität zum Umfang der Erfindung. Im einzelnen beru-Fig. 5 zeigt einen Spannungsgenerator 51 und ein Wechsel- 40 hen ein solches duales Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung stromgekoppeltes lineares Netzwerk 55, das aus einem Trans- auf dem Umstand, dass, wenn ein Spannungssignal mit dem formator 52 besteht. Ein Leiterelement 54, das mittels des be- zeitlichen Mittel Null an ein Leiterelement angelegt wird, ein schriebenen Verfahrens auf die Nichtlinearität seines Wider- sich ergebender, im Leiterelement fliessender mittlerer Strom standes geprüft wird, ist an ein aus Kondensatoren 56,57, ein Mass für die Nichtlinearität des Widerstandes ist. Eine Vor-einem Operationsverstärker 58 und einem veränderbaren Ge- 45 richtung zur Durchführung dieses dualen Verfahrens ist in Fig. 5 genkopplungswiderstand 59 bestehenden Netzwerk angeschlos- gezeigt. Der mittlere Strom wird dabei mit Hilfe eines Opera-sen. Die durch ein Voltmeter 53 gemessene Spannung ist dem tionsverstärkers gemessen.

mittleren, im Leiterelement 54 fliessenden Strom proportional,

der entsprechend der Erfindung ein Mass für die Nichtlinearität Beispiel des Widerstandes des Leiterelementes 54 ist. so Es wurden 45 Aluminiumleiter auf einem Magnetblasen-

Das beschriebene Verfahren ist darauf gerichtet, die Zuver- Bauteil mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens geprüft. Die lässigkeit von Leiterelementen mit Hilfe einer Feststellung der Leiter hatten eine Dicke von 0,5 [xm und eine schwankende

Nichtlinearität des Widerstandes zu bestimmen, d.h., einer Ab- Breite von nicht weniger als 3 |im. Ein Impulsgenerator weichung vom Ohm'schen Gesetz einer linearen Beziehung zwi- HP8007 (der Firma Hewlett-Packard Co., Palo Alto CA sehen der angelegten Spannung und dem im Leiterelement flies- 55 94314) wurde zur Erzeugung von Rechteckimpulsen bis zu senden Strom. Eine solche Abweichung zeigt sich in typischer einem Wert von 10 V bei einer Quellenimpedanz von 50 Ohm

Weise in einer Änderung des Widerstandes aufgrund eines An- verwendet. Eine Impulswiederholungsfrequenz von 20 kHz stiegs der Spannung oder des Stromes und lässt sich qualitativ wurde gewählt und die über den Prüfleitern entstehende Span-

durch den Parameter X in der Formel nung wurde mit einem RC-Filter mit 10 ms gefiltert und mit

60 einem Digital-Voltmeter mit einer Empfindlichkeit von 10 uV

Rj =R0(1 +XI2), gemessen. Die 45 Leiter erzeugten Werte Vm im Bereich zwischen 0,1 und 1,0 mV, wobei in der Mehrzahl Werte im Bereich die angenähert die Beziehung zwischen dem Strom I, dem von 0,1 bis 0,2 mV gemessen wurden. Bedingungen, unter de-

Nennwiderstand R0 und dem tatsächlichen Widerstand Rx eines nen Leiter ausgefallen sind, zeigt Fig. 3. Man erkennt, wie die

Leiterelementes darstellt. E] lässt sich zeigen, dass diese Bezie- 65 Lebensdauer von Leitern zur gemessenen Spannung in Beziehung zu einer physikalischen Erläuterung der Nichtlinearität des hung steht.

C

3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. 635 686

   2

   PATENTANSPRÜCHE Während grobe Fehler, beispielsweise Unterbrechungen

   1. Verfahren zur Prüfung eines elektrischen Leiterelementes von Leiterstreifen, sich sofort bei der Funktionsprüfung einer durch Bestimmen der Nichtlinearität des elektrischen Wider- Schaltung herausstellen, bleiben andere Fehler zunächst unent-standes des Leiterelementes als Funktion des im Leiterelement deckt, können aber zu einem vorzeitigen Ausfall bei der Benut-fliessenden Stromes, insbesondere zur Verwendung bei der s zung führen. Zur Feststellung solcher potentiell kurzlebiger Lei-Herstellung von integrierten Schaltungen, dadurch gekenn- terelemente ist ein sogenanntes «drittes-harmonisches-Verfah-zeichnet, dass dem Leiterelement ein Wechselstromsignal zuge- ren» für die Prüfung von Leiterstreifen bekannt. Dieses Verfah-führt wird, derart, dass entweder das zeitliche Mittel des Stro- ren beruht auf der Beobachtung, dass zu einem Ausfall neigen-mes im Leiterelement oder das zeitliche Mittel der Spannung de Leiterstreifen, beispielsweise aufgrund ungleich förmiger über dem Leiterelement Null ist und eine Spannung über dem io Breite, Dicke, Zusammensetzung oder Haftung am Substrat in Leiterelement bzw. ein Strom im Leiterelement erzeugt wird, typischer Weise eine Nichtlinearität des Widerstandes als Funk-

   und dass das zeitliche Mittel dieser Spannung bzw. dieses tion des Stromes zeigen. Demgemäss wird bei dem bekannten Stromes gemessen wird. Verfahren die Grundwelle eines sinusförmigen Signals an ein
2. 2. Prüfgerät zur Durchführung des Verfahrens nach An- lineares, wechselstromgekoppeltes Netzwerk angelegt, an des-spruch 1, mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Nichtlinea-15 sen Ausgangsanschlüsse das zu prüfende Leiterelement ange-rität des elektrischen Widerstandes wenigstens eines Leiterele- schaltet wird. Durch Messen der Amplitude der dritten Harmo-mentes als Funktion des im Leiterelement fliessenden Stromes nischen im Ausgangssignal gewinnt man ein Mass für die Nicht-und mit einer Verbindungseinrichtung zur Anschaltung des Lei- linearität des Widerstandes des Leiterelementes. Die erfolgrei-terelementes an das Prüfgerät, che Anwendung dieses Verfahrens ist beschrieben in «The Non-

   dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfgerät einen Wechsel- 20 linearity of Fixed Resistors», von P.L. Kirby, in Electronic Engistromgenerator enthält, der an die Eingangsanschlüsse eines neering, Nov. 1965, Seiten 722 bis 726 und in «Harmonie Test-wechselstromgekoppelten linearen Netzwerks angeschlossen ist, ing Pinpoints Passive Component Flaws», von Vilhelm Peterson dessen Ausgangsanschlüsse mit einen Mittelwert bildendem und Per-Olof Harris, in Electronics, 11.7.1966, Seiten 93 bis Spannungsmessgerät oder einen Mittelwert bildendem Strom- 100. Da jedoch ein Signalgenerator erforderlich ist, der ein Si-messgerät verbunden ist, und dass die Verbindungseinrichtung 25 gnal mit einem extrem niedrigen Gehalt an höherem Harmoni-das Leiterelement mit dem Netzwerk verbindet. sehen erzeugt, sind Prüfeinrichtungen zur Durchführung des
3. 3. Prüfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrens unter Ausnutzung der dritten Harmonischen kom-der Wechselstromgenerator eine Folge von Rechteckimpulsen pliziert und kaum geeignet für eine Prüfung von integrierten erzeugt. Schaltungen in der Massenfertigung.
4. 4. Prüfgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass3o Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile der Wechselstromgenerator ein Tastverhältnis im Bereich von zu beseitigen. Sie geht dazu aus von einem Verfahren der ein-10% bis 40% oder im Bereich von 60 % bis 90 % hat. gangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, dass dem
5. 5. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch Leiterelement ein Wechselstromsignal zugeführt wird, derart, gekennzeichnet, dass das lineare Netzwerk aus einem Sperrkon- dass entweder das zeitliche Mittel des Stromes im Leiterelement densator oder einem Transformator besteht. 35 oder das zeitliche Mittel der Spannung über dem Leiterelement
6. 6. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch Null ist und eine Spannung über dem Leiterelement bzw. ein gekennzeichnet, dass bei der Spannungsmessung das lineare Strom im Leiterelement erzeugt wird, und dass das zeitliche elektrische Netzwerk aus einem Sperrkondensator besteht. Mittel dieser Spannung bzw. dieses Stromes gemessen wird.
7. 7. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch Ein Prüfgerät zur Durchführung des Verfahrens weist eine gekennzeichnet, dass das Spannungsmessgerät ein Digital-Volt- 40 Vorrichtung zur Bestimmung der Nichtlinearität des elektri-meter ist. sehen Widerstandes wenigstens eines Leiterelementes als Funk-
8. 8. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch tion des im Leiterelement fliessenden Stromes sowie eine Vergekennzeichnet, dass bei der Strommessung das lineare elektri- bindungseinrichtung zur Anschaltung des Leiterelementes an sehe Netzwerk aus einem Transformator besteht. das Prüfgerät auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Prüf-
9. 9. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und 8, « gerät einen Wechselstromgenerator enthält, der an die Ein-dadurch gekennzeichnet, dass das Strommessgerät einen Opera- gangsanschlüsse eines wechselstromgekoppelten linearen Netz-tionsverstärker enthält. Werkes angeschlossen ist, dessen Ausgangsanschlüsse mit einen

   Mittelwert bildendem Spannungsmessgerät oder einen Mittel-

   wert bildendem Strommessgerät verbunden ist, und dass die

   50 Verbindungseinrichtung das Leiterelement mit dem Netzwerk