CH635686A5

CH635686A5 - METHOD AND DEVICE FOR TESTING ELECTRICAL LADDER ELEMENTS.

Info

Publication number: CH635686A5
Application number: CH1121678A
Authority: CH
Inventors: Alan Taylour English; Gabriel Lorimer Miller
Original assignee: Western Electric Co
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1983-04-15
Also published as: SE433782B; HK25584A; SE7811012L; FR2407483A1; NL7810608A; FR2407483B1; DE2847074A1; GB2007850A; CA1120545A; IT1099851B; DK483278A; GB2007850B; IT7829239A0; JPS5488777A; SG56382G

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines elek- verbindet. The invention relates to a method for testing an electrical connection.

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- trical conductor element by determining the non-linearity In the practical implementation of the invention, that of the electrical resistance of the conductor element as a function of non-linearity of the resistance of a nominally linear conductor-the current flowing in the conductor element, in particular for the element, can be determined by using the conductor element in the manufacture of integrated circuits, 55 between the output connections of an AC-coupled as well as a test device for performing the method. linear network to which a recurring

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- Electrical conductor elements, for example gold, an aluminum sequence of impulses is applied. By measuring the mean value of the current in the element or the separated silicon strips which is doped on a substrate or in a suitable manner, usually at an integrating voltage across the element, a measure for the non-linear circuits for the electrical connection becomes more active and passi so did the resistance of the conductor element. These components used ver. Such conductor elements have a typical novel test for the non-linearity can be carried out simultaneously with a thickness in the order of fractions of a micrometre - a multiplicity of conductor elements, with a width and in the order of a few, for example, thin-film conductor strips on the semiconductor wafer.

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. Micrometer. Accordingly, they can only be visually viewed with an integrated circuit and provides an estimate of the magnification device, for example a microscope 65, for the reliability of such conductor strips.

prüfen. Darüber hinaus ist eine visuelle Prüfung wegen des ho- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung nä check. In addition, a visual inspection is due to the following. The invention is based on the drawing

hen Zeitaufwandes bei der industriellen Massenherstellung von her beschrieben. Es zeigen: hen time expenditure in industrial mass production from described. Show it:

integrierten Schaltungen unpraktisch. Fig. 1 das Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Bestim- integrated circuits impractical. 1 shows the embodiment of a circuit for determining

3 635 686 3,635,686

mung der Nichlinearität des Widerstandes nach dem erfindungs- Widerstandes aufgrund einer Joule'schen Aufheizung des Lei- Measurement of the non-linearity of the resistance after the resistance according to the invention due to a Joule heating of the cable

gemässen Verfahren, terelementes passt. according to the procedure, the element fits.

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. 2 shows an alternative exemplary embodiment of a circuit. The use of the disclosed method for determining the non-linearity of the resistance can be described expediently with reference to FIG. 1. Methods 5 according to the invention can be shown that when the generator 11 has a current

• Fig.3 eine graphische Darstellung von Prüfergebnissen, rechteckiger Kurvenform der Grösse I und einem Tastverhältnis 3 shows a graphical representation of test results, rectangular curve shape of size I and a duty cycle

Fig. 4 eine Prüfstation zur Prüfung von Mikroschaltungen, F liefert, die durch das Mittelwert bildende Voltmeter 13 ge- 4 provides a test station for testing microcircuits, F, the voltmeter 13 formed by the mean value

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) 5 shows an alternative embodiment of a circuit measured voltage V is given by the formula for determining the non-linearity of the resistance according to the V = XR I3F (1-F) (1-2F)

erfindungsgemässen Verfahren. io 0 method according to the invention. io 0

In Fig. 1 ist ein Stromgenerator 11 und ein wechselstromge- aus der sich die direkte Beziehung zwischen der Spannung V In Fig. 1 is a current generator 11 and an AC from which the direct relationship between the voltage 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 Coupled linear network 15 shown, which results from a blocking and the non-linearity X. It also shows that capacitor 12 exists. A voltmeter 13 forming an average value when using a pulse duty factor of F = 0.5 applies that measures the average voltage across conductor element 14, which with HilV = 0 is independent of the value of parameter X. Accordingly, the method described for a non-linearity of the Wi-15 is a curve shape with a pulse duty factor of 50% for which it is currently being tested. The generator 11, the network 15 testing the non-linearity unusable. On the other hand, and the voltmeter 13 are found within an envelope that duty cycles F1 = 0.21 and F2 = 0.79 too

16. einem Maximalwert Vm für die mittlere Spannung V führen. 16. lead a maximum value Vm for the medium voltage V.

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- 2 shows a current generator 21 and an alternating current. Accordingly, pulse duty factors of approximately 20% or approximately coupled linear network 25, which 80% from a transformer 20 are particularly advantageous for full utilization of the possibilities.

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, 22 exists. An averaging voltmeter 23 measures the capabilities of a voltmeter with limited sensitivity, mean voltage across conductor element 24, which, with the help of the more general, is a duty cycle in the range between the described method for a non-linearity of 10% and 40% or in the range between 60% and 90% is checked for a class. The generator 21, the network 25 and sufficiently precise determination of the non-linearity can be used,

das Voltmeter 23 befinden sich innerhalb einer Umhüllung 26. 25 Beziehungen zwischen der mittleren Spannung V und der the voltmeter 23 are inside an envelope 26. 25 relationships between the mean voltage V and

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 Fig. 3 shows on the ordinate a current in mA as radio non-linearity>. Similar to the relationships given above, the time in hours on the abscissa applies to non-rectangular waveforms. You can also

Prüfung einer Anzahl von Aluminiumleiter mit stufenförmiger auch andere Netzwerke als das Netzwerk 15 in Fig. 1 für die Testing a number of aluminum conductors with stepped and other networks than the network 15 in Fig. 1 for the

Beanspruchung durch einen hohen Strom. Markierte und be- Zwecke der Erfindung mit Vorteil benutzt werden. Insbesonde- Exposure to high current. Marked and be used purposes of the invention with advantage. In particular

zeichnete Punkte geben einen Ausfall des Leiterelementes an, 30 re kann gemäss Fig. 2 ein Transformator 22 anstelle des Sperr- Dotted points indicate a failure of the conductor element, 30 re can according to FIG. 2, a transformer 22 instead of the blocking

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- the specified numerical value used by the voltmeter 13 capacitor 12 according to FIG. 1. Generally, voltage is measured in FIG. 1. It can be seen that the height requires that the network 15 be linear and AC

der gemessenen Spannung in direkter Beziehung zu einem früh- koppelt ist. the measured voltage is directly related to an early coupling.

zeitigen Ausfall des jeweiligen Elementes steht. Zusätzlich zu einem Verfahren mit einer Messung der mitt- timely failure of the respective element. In addition to a method with a measurement of the average

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. FIG. 4 shows an electrically insulating ring 41 of a test voltage over a conductor element due to a station for microcircuits. Test electrodes 42 are fastened to the current signal with the time average zero corresponding to the ring 41 and with test circuits not shown above, a dual method and a delivery method are necessary. The tips of the test electrodes are pressed against contact-speaking devices on the basis of the current voltage along the edges of the tested component 43. duality to the scope of the invention. In detail, 5 shows a voltage generator 51 and an alternating such a dual method with associated device current-coupled linear network 55, which consists of a trans on the fact that when a voltage signal with the formator 52 exists. A conductor element 54, which is applied to a conductor element by means of the temporal mean zero, a written method is checked for the non-linearity of its resulting mean current level flowing in the conductor element, is a measure of a capacitor 56, 57 for the non-linearity of the resistor. A network consisting of an operational amplifier 58 and a changeable device 45 for carrying out this dual method is shown in FIG. The medium current is thereby with the help of an opera-sen. The voltage measured by a voltmeter 53 is measured by the ion amplifier.

mittleren, im Leiterelement 54 fliessenden Strom proportional, average current flowing in the conductor element 54 is 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- which, according to the invention, is a measure of the non-linearity, an example of the resistance of the conductor element 54. 45 aluminum conductors were placed on a magnetic bubble

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 The described method is aimed at checking the Zuver component using the described method. The casualness of ladder elements with the help of a determination of the ladder had a thickness of 0.5 [xm and a fluctuating

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 Determine the non-linearity of the resistance, i.e., a width not less than 3 | im. A pulse generator deviating from Ohm's law of a linear relationship between HP8007 (from Hewlett-Packard Co., Palo Alto CA see the applied voltage and that flowing in the conductor element 55 94314) was used to generate rectangular pulses up to current. Such a deviation is typically shown as a value of 10 V with a source impedance of 50 ohms

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- Used in a change in resistance due to an on. A pulse repetition frequency of 20 kHz rose in voltage or current and can be selected qualitatively and the voltage generated across the test leads

durch den Parameter X in der Formel nung wurde mit einem RC-Filter mit 10 ms gefiltert und mit The parameter X in the formula was used to filter with an RC filter with 10 ms and with

60 einem Digital-Voltmeter mit einer Empfindlichkeit von 10 uV 60 a digital voltmeter with a sensitivity of 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- Rj = R0 (1 + XI2), measured. The 45 conductors produced values Vm in the range between 0.1 and 1.0 mV, with the majority of values in the range approximating the relationship between the current I, which was measured from 0.1 to 0.2 mV. Conditions under which

Nennwiderstand R0 und dem tatsächlichen Widerstand Rx eines nen Leiter ausgefallen sind, zeigt Fig. 3. Man erkennt, wie die Fig. 3 shows the nominal resistance R0 and the actual resistance Rx of a single conductor. It can be seen how the

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. Represents head element. It can be shown that this relationship between the life of conductors and the measured voltage is related to a physical explanation of the non-linearity of the hung.

C C.

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

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2nd

PATENT CLAIMS During gross errors, such as interruptions

1. A method for testing an electrical conductor element of conductor strips, which immediately turns out during the functional test by determining the nonlinearity of the electrical re-circuit, other errors initially remain non-existent of the conductor element as a function of the one covered in the conductor element, but can lead to premature failure in the case of the user-flowing current, in particular for use in the sung. In order to determine such a potentially short-lived Lei production of integrated circuits, thereby known elements, a so-called “third harmonic method is known that the conductor element has an alternating current signal” for testing conductor strips. This procedure is carried out in such a way that either the temporal average of the starter is based on the observation that a failure tends to occur in the conductor element or the temporal average of the voltage of the conductor strip, for example owing to the non-uniform shape over the conductor element, is zero and a voltage across the width, thickness, composition or adhesion to the substrate in the conductor element or a current is generated in the conductor element, typically a non-linearity of the resistance as radio

and that show the time average of this voltage or this current. Accordingly, the known current is measured. Move the fundamental wave of a sinusoidal signal on

2. Test device for carrying out the method according to the linear, AC-coupled network, at which, with a device for determining the non-linear output connections, the conductor element to be tested is switched on according to the electrical resistance of at least one conductor element. By measuring the amplitude of the third harmonic as a function of the niche in the output signal flowing in the conductor element, one obtains a measure for the non-connection and with a connecting device for connecting the linearity of the resistance of the conductor element. The successful element on the test device, the application of this method is described in «The Non-

characterized in that the tester has an alternating 20 linearity of fixed resistors », by P.L. Kirby, in Electronic Engistromgenerator, which is connected to the input connections of a neering, Nov. 1965, pages 722 to 726 and in "Harmony Test AC Coupled Linear Network, ing Pinpoints Passive Component Flaws", by Vilhelm Peterson whose output connections are averaging and Per-Olof Harris, in Electronics, July 11, 1966, pages 93 to voltmeter or averaging current 100. However, since a signal generator is required to be connected to an Si meter, and that the connector 25 signal is extremely low Higher Harmoni content that connects the ladder element to the network. see generated, are test facilities for performing the

3. Testing device according to claim 2, characterized in that the method using the third harmonic com-the alternator plots a sequence of rectangular pulses and hardly suitable for a test of integrated. Circuits in mass production.

4. Test device according to claim 3, characterized in that the object of the invention is to eliminate these disadvantages of the alternating current generator with a pulse duty factor in the range of. For this purpose, it is based on a process which has a -10% to 40% or in the range from 60% to 90%. gangs mentioned and is characterized in that the

5. Test device according to one of claims 2, 3 or 4, characterized in that an AC signal is supplied to the conductor element, characterized in that the linear network consists of a blocking con that either the time average of the current in the conductor element or a transformer. 35 or the time average of the voltage across the conductor element

6. Test device according to one of claims 2 to 5, characterized by zero and a voltage across the conductor element or in that the linear current is generated in the conductor element during the voltage measurement, and that the temporal electrical network consists of a blocking capacitor. Average of this voltage or current is measured.

7. Test device according to one of claims 2 to 6, characterized in that a test device for carrying out the method has one characterized in that the voltage measuring device is a digital volt 40 device for determining the non-linearity of the electri-meter. see resistance of at least one conductor element as radio

8. Test device according to one of claims 2 to 5, characterized tion of the current flowing in the conductor element and a Vergek indicates that in the current measurement, the linear electrical connection device for connecting the conductor element to see network consists of a transformer. the test device and is characterized in that the test

9. Test device according to one of claims 2 to 5 and 8, «device contains an alternating current generator, which is characterized in that the current measuring device contains an operational connection of an alternating current-coupled linear network amplifier. Factory is connected, the output connections with one

Averaging voltage measuring device or a mean

value-forming ammeter, and that the

50 connecting device the conductor element with the network