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Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin:
BU 971 Oil Verfahren in einem Herstellungsprozeß für monolithisch integrierte Schaltungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren in einem Herstcllungsprozeß für monolithisch
integrierte Schaltungen unter An##endung eines Ausbeutemodells, um kritische ausschußvergrößernde
Verfahrensgänge dieses Herste#lungsprozes#es zu bestimmen, indem die Fehleranzahl
jedes Schaltkreises der monolithisch integrierten Schaltung -und die Wahrscheinlichkeit
für einen bestimmten Fehler einen defekten Schaltkreis zu verursachen, zugrundegelegt
wird.
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In den verschiedensten Veröffentlichungen ist bereits vorgeschlagen
worden,-die Ausbeute bei Herstellung von monolithisch integrierten Schaltkreisen
vorherzusagen und zwar auf. der Basis der ermittelten Fehlerdichte auf Halbleiterscheibchen.
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Hierbei ist jedoch davon ausgegangen, daß die Ausbeutenberechnungen
nicht zuverlässig genug mit tatsächlich erzielten Ausbeuten bei Herstellung von
monolithisch integrierten Schaltkreisen verglichen werden können, da die hierbei
benutzten Verfahrensschritl:e und Verfahrensgänge viel zu komplex sind.
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Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist bereits vorgeschlagen worden,
anstelle der zunächst angewendeten Boltzmann-Statistik
die Bose-Einstein-Statistik
zur Erzielung genauerer Vorhersagen anzuwenden.
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An anderer Stelle ist bereits zur besseren Vorhersage die Tatsache
ausgenutzt worden, daß zur Aufstellung eines Ausbeutenmodells hierzu die (tatsächliche)
nicht zufällige Fehlerverteilung in monolithisch integrierten Schaltkreisen zu berlickaichtigen
ist, ungeachtet der jeweils angewendeten statistischen Methode; so daß hierin die
Hauptschwierigkeit in der Erstellung von brauchbaren Ausbeutenmodellen zu sehen
war.
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Bei den an anderer Stelle angewendeten Methoden zur Auswertung der
Wahrscheinlichkeit, daß ein Fehler eines vorgegebenen Typs zu einem fehlerhaften
monolithisch integrierten Schaltkreis führt, bestehen darin, daß zunächst das Verhältnis
der Fläche des monolithisch integrierten Schaltkreises, in der ein Fehler einen
Ausfall dieses Schaltkreises herbeiführt, zu der Fläche, in der ein Fehler nicht
zum Ausfall des Schaltkreises führt, bestimmt wird. Diese mathematischen Ermittlungen
sind äußerst zeitaufwendig und tragen zu empfindlichen Verzögerungen bei Aufstellung
oder Anderung von Ausbeutemodellen bei.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren bereitzustellen,
das unter Beseitigung der oben genannten Nachteile eine ausreichend genaue Ausbeutenvorhersage
gestattet, um so schnell wie möglich die Fehler zu beseitigen, bzw. die fehlerhaften
Prozeßgänge so abzuändern, daß die Fehler auf ein Minimum beschränkt werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Ermittlung
der Wahrscheinlichkeit das Zufallsauftreten dieses vorgegebenen Fehlers in einer
Planzeichnung des monolithisch integrierten Schaltkreises simuliert und dann die
Anzahl dieser in kritischen Gebieten des monolithisch integrierten Scklaltkreises
als Planzelchnuny auftretenden Fehler aufgezählt wird
Die Wahrscheinli@hkeit,
daß ein Fehler eines vorgegebenen Typs zu einer defekten Schaltungsanordilung eines
monolithisch unter grierten Schaltkreises führt1 wird hierbei bestimmt durch das
Verhältnis der simulierten Fehler, die in kritischen Gebieten der Planzeichnung
auftreten können,' zur Gesamtanzahl von simulierten Fehlern. Ein solches Verfahren
wird zwar hier für die Herstellung monolithisch integrierter Schaltkreise beschrieben,
es läßt-sich jedoch ebenso gut auch für die Herstellung diskreter Halbleiterbauelemente
wie Transistoren, Dioden usw. anwenden.
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Zusätzlich zum Analysieren von Fehlern, indem HalbleSterplAttchen
für Halbleiterplättchen gesondert vorgenommen wird, und anstatt sich auf eine mittlere
Fehlerdichte einer Halb leiters cheibe als Ganzes abzustützen, um der Fehlertefldenz
eines gegebenen Typs in bezug auf Häufung Rechnung zu tragen, werden die einzelnen
Halbleiterscheibc:hen in verschiedene Bereiche angenähert homogener Ausbeute eingeteilt,
um auf diese Weise weiterhin die Genauigkeit des Ausbeutenmodells zu steigern. Bei
der praktischen Anwendung vorliegender Erfindung wird bei Anwendung der Simulationstechnik
von einer starken Vergrößerung der Planzeichnung des monolithisch integrierten Schaltkreises
z.B. 1000 : 1, 2000 : 1 oder mehr zur Erstellung des Ausbeutenn#odells ausgegan
gen. Entsprechend werden dann Vergrößerungen von Kreisflächen, die 2,5 µm-, 5,0
Fm-, 8,0 Fm-Fehler darstellen, auf diese vergrößerte Planzeichnung in hinreichender
Anzahl verstreut, um ein statistisch gültiges Muster bereitzustellen. Hierzu sind
zumindest 100 solcher simulierten Fehler erforderlich. Da der Zweck dieser Simulation
in der Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, daß ein Fehler eines vorgegebenen Typs
zu einem Ausfall einer Schaltungsanordnung führt, liegt, ist es nicht erforderlich,
daß die Anzahl dieser simulierten Defekte, die auf der Planzeichnung verstreut eingezeichnet
sind, der tatsächlichen Fehlerdichte entsprechen, wie es bei Herstellung dieser
Schaltungsanordnungen beobachtet wird.
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Anstatt die simulierten Fehler auf einer vergrößerten Planzeichnung
tatsächlich verstreut einzutragen, läßt sich diese Planzeichnung auch durch eine
geeignet programmierte Vielzweckrechenanlage darstellen. In diese Rechnerdarstellung
der Planzeichnung ist dann die Koordinatenidentifizierung der Gebiete des gesamten
Layouts eingeschlossen, in welchen ein Fehler vorgegebenen Typs zu einem fehlerhaften
Schaltkreis führt. Die Fehler können dann auf der Planzeichnung durch ein Zufallsgeneratorprogramm
simuliert werden. Zur Programmierung dieses Rechners eignen sich die üblichen Programmsprachen.
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Trotz der nicht zufälligen Verteilung der Fehler auf den Halbleiterscheibchen
gibt die vorliegende Simulationstechnik gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeit,
daß ein Fehler eines vorgegebenen Typs zu einem defekten Schaltkreis führt, wobei
sich auf eine Zufallsverteilung der Fehler innerhalb eines Schaltkreises abgestützt
wird, eine genügend hohe Vorhersagegenauigkeit der Wahrscheinlichkeit (A), daß ein
Fehler vorgegebenen Typs tatsächlich bei der Produktion zu einer defekten Schaltungsanordnung
führt.
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Die Anwendung dieser Technik gemäß der Erfindung gestattet eine beträchtliche
Reduzierung der erforderlichen Zeit, um ein hinreichend genaues Ausbeutenmodell
zu erstellen, das eine Identifizierung und Änderung der kritischen, die Ausbeute
herabsetzenden Verfahrensgänge und -schritte erlaubt, so daß damit auch eine große
Zeitersparnis für die Uberwachung erzielt wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgender
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen
und aus den Patentanspruchen.
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Es zeigen; Fig. 1 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes
Halb leiters cheibchen mit monolithisch integrierten Schaltungen,
Flg.
2 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Tatsache, daß eine steigende
Anzahl von simulierten Fehlern unter Anwendung der Erfindung eine entsprechend zunehmende
Genauigkeit in der Vorhersage der Wahrscheinlichkeit X herbeiführt, Fig. 3 eine
graphische Darstellung mit Wahrscheinlichkeitskurven, die sich für ein Halbleiterscheibchen
mit monolithisch integrierten Schaltkreisen gemäß Fig. 1 ergeben.
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Zur Herstellung von Halb leiters cheibchen mit den monolithisch integrierten
Schaltkreisen gemäß Fig. 1 läßt sich die vorliegende Erfindung heranziehen. Das
Halbleiterscheibchen mißt etwa 2,5 mm mal 2,5 mm und besitzt einen Bereich 10 enthaltend
eine Speichermatrix. In einem typischen Beispiel für ein solches Halbleiterscheibchen
sind 64, 128 oder mehr Speicherzellen enthalten. Das charakteristische dieser Speicherzellen
besteht darin, daß sie je vom gleichen Schaltungsaufbau sind und auf dem Halbleiterscheibchen
dicht gepackt sind. Der Bereich 12 auf dem Halbleiterscheibchen enthält eine größere
Anzahl von Hilfsschaltkreisen, um Betriebsimpulse auf die Matrix im Bereich 10 zu
übertragen. Solche Hilfsschaltkreise variieren beträchtlich in ihrem Aufbau und
sind wesentlich weniger dicht gepackt als die Speicherzellen im Bereich 10 des Halbleiterscheibchens.
Der Bereich 14 des Halblaiterscheibchens enthält eine Anzahl von Decodierschaltkreisen,
deren Zweck darin besteht, die von den Hilfsschaltkreisen zugeführten Betriebsimpulse
einem bestimmten Speicherzellenschaltkreis bzw. -schaltkreisen der Matrix im Bereich
1Q zuzuführen. Bei diesen Decodierschaltkreisen ergibt es sich, daß sie hinsichtlich
der Gleichheit untereinander und der Packungsdichte in der Mitte zwischen Speicherzellenschaltkreisen
und Hilfsschaltkreisen Liegen. Diese Unterschiede im Aufbau der Schaltkreise der
drei Bereiche 10, 12 und 14 des kialbleiterscheibchens sind bedeutsam zur festlegung
der Wahrscheinlichkeit, daß ein Fehler vorgeyebarien rlByps in einem
dieser
drei Bereiche 10, 12 oder 14 einen defekten monolithisch integrierten Schaltkreis
hervorruft.
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Bei der anfänglichen Auswertung der Wahrscheinlichkeit A, daß ein
Defekt eines vorgegebenen Typs einen fehlerhaften Schaltkreis bei der Herstellung
des monolithisch integrierten Halbleiterscheibchens herbeiführt, ist es erforderlich,
eine Planzeichnung dieser Schaltkreise auszuarbeiten. Da nun aber, wie bereits gesagt,
die Bereiche 10, 11 und 14 des in Fig. 1 gezeigten Halbleiterscheibchens drei verschiedene
Arten von Schaltkreisen enthalten, ist es erforderlich, dementsprechend drei verschiedene
Planzeichnungen für ein gegebenes Halbleiterscheibchen auszuarbeiten. Wenn eine
solche Wiedergabe einer Planzeichnung in Anwendung der Erfindung verwendet werden
soll, dann sollte dies in einem stark vergrößerten Maßstab geschehen, wie z.B. 1000
; 1 oder 2000 : 1. Es ist jedoch nicht erforderlich, bei einer solchen Planzeichnung
alle Speicherzellenschaltkreise im Bereich 10 im einzelnen auszuführen. Es reicht
hierzu völlig aus, drei oder vier Schaltungen der 64 oder i28 Speicherzellenschaltkreise
im Bereich 10 im einzelnen auszuführen. Zur Darstellung der Bereiche 12 und 14 sollte
ein repräsentativer Ausschnitt der Planzeichnung der darin enthaltenen Schaltkreise
dargestellt werden.
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Wird die Erfindung dadurch angewendet, daß ein Rechner Verwendung
findet, dann genügt es auch hierbei wiederum, einen repräsentativen Ausschnitt jedes
dieser Bereiche 10, 12 und 14 in Koordinatenform in den Rechner einzugeben, in dem
in Xoordinatenwerten die Teile der Planzeichnung angegeben werden, in welchen ein
Fehler des auszuwertenden Typs den Ausfall eines Schaltkreises herbeiführt.
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Anschließend daran werden Darstellungen des auszuwertenden Fehlertyps
in Zufallsverteilung auf die PLanze£chnunq überv tragen. Da nine unregelmäßige Form
als Fehler cjtetche WahrsckleLnLictlkeit dafür besitzt, ctaß er Lit beLt#>btger
orientierug
auf dem Halbleiterscheibchen auftritt, lassen sich selbst
Fehler aufgrund höchst unregelmäßiger Form durch Kreise ver schiedener Größe wiedergeben,
um so Fehler aufgrund unterschiedlicher Größen darzustellen.
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Fig. 2 zeigt, daß es nicht erforderlich ist, die Fehler entsprechend
einer Dichte, wie sie bei der Produktion der auszuwertenden monolithisch integrierten
Schaltkreise beobachtet werden, zu verteilen. Es ist lediglich erforderlich, eine
statistisch signifikative Anzahl der Fehler zu berückslchtiw gen und dann jeden
Eehlertyp festzulegen, ob dieser Fehler einen fehlerhaften Schaltkreis herbeizuführen
vermag. Wie sich aus der graphischen Darstellung nach Fig. 2 ergibt, zeigt sich
bei einer kleinen Anzahl, wie z.B. 10 oder 20 Fehlern des auszuwertenden Typs, daß
der sich ergebende Wert für die Wahrscheinlichkeit A danach strebt, um die wahre
WahrscheinlichkeitA zu schwanken; wobei die Wahrscheinlichkeit A ausdrückt, daß
ein Fehler eines vorgegebenen Typs zu einem defekten Schaltkreis führt. In Praxis
ist festgestellt worden, daß etwa 50 Fehler jeden Typs simuliert werden sollten,
um genauere Werte für Ä zu erhalten. Bei der Simulationstechnik jedoch wird es aus
Sicherheitsgründen vorgezogen, im allgemeinen etwa 100 Fehler jeden Typs anzuwenden.
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In gleicher Weise werden bei Benutzung eines Rechners zur Durchführung
der Erfindung Kreise jeweils unterschiedlichen Radius zur Darstellung unterschiedlicher
Fehlergrößen eines vorgegebenen Typs in die vorher eingespeicherte Koordinatenplanzeichnung
eingegeben, indem eine sufallsfunktionsarzeugung routine angewendet wird.
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um auszuwerten, ob ein vorgegebener, zufällig platzierter simulierter
Fehler zu einem defekten monolithisch integrierten Schaltkreis ihren wird, ist es
notwendig, die Planzeichnung in nicht kritische Bereiche einzuteilen, d.h., in solche,
in
denen der in Betracht kommende Fehlertyp keinen schlecht funktionierenden
Schaltkreis herbeiführt und in kritische Bereiche, d.h.
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in solche, in denen der Fehler des auszuwertenden Typs einen schlecht
funktionierenden Schaltkreis verursachen wird.
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Da eine simuliert Planzeichnung mit zufällig verteilten Fehlern Anwendung
findet, ergibt sich noch eine dritte Möglichkeit. 1st so z.B. der in Frage kommende
Fehlertyp ein Nadelloch, dann ist es gänzlich ausgeschlossen, daß ein solches Nadelioch
in einem monolithisch integrierten Schaltkreis an einer Stelle auftritt, wo bereits
eine Öffnung im Schichtmaterial existiert. Demzufolge können zufällig verteilte,
eimulierte Fehler dieser Art, die in diese Gebiete der Planzeichnung fallen, ignoriert
werden.
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Wird eine Wiedergabe der Schaltungsplanzeichnung zur Anwendung der
Erfindung benutzt, dann läßt sich die Kritikalität oder Nichtkritikalität eines
Gebietes, in dem ein bestinuater Fehler liegt, durch eine Messung bestimmen, die
die Nähe des simulierten Fehlers zu einem Diffusionsgebiet, zu einem Metallisationsmuster
oder zu ähnlichen kritischen Gebieten des momonolithisch integrierten Schaltkreises
anzeigt. Liegt der Fehler auf oder in einem solchen Gebiet, dann ist er natürlich
automatisch kritisch. Es sollte jedoch ein Sicherheitsabstand von z.B. 2,5 pm zulässig
sein, da simulierte Fehler durchaus außerhalb von Diffusionsgebieten, Metallisationsmustern
und anderen Gebieten der monolithisch integrierten Schaltkreise liegen können. Bei
Anwendung eines Rechners läßt sich die Lage simulierter Fehler in kritischen oder
nichtkritischen Gebieten durch vorherige Koordinatencharakterisierung der kritischen
und nichtkritischen Matrixgebiete bestimmen.
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Der Wert für die Wahrscheinlichkeit A stellt deshalb einfach die Anzahl
simulierter Fehler dar, die in einem kritischen Gebiegt auftreten und deshalb zum
Ausfall monolithisch integrierter Schaltkreise führen können, die diese Fehler bis
zur Gesamtanzahl
der simulierten Fehler enthalten können.
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Fig. 3 stellt eine Korrelation von A zur Fehlergröße eines Fehlers
vorgegebenen Typs in den drei Bereichen 10, 12 und 14 der monolithisch integrierten
Schaltkreise dar. Die unterschiedlichen Kurvenverläufe ergeben sich aus dem jeweils
verschiedenartigen Aufbau der in den Bereichen 10, 12 und 14 enthaltenen Schaltkreise,
wie oben bereits erwähnt. AA stellt die Wahrscheinlichkeit dar, daß ein Fehler vorgegebenen
Typs, wie z.B. Ätzungsausweitung, #zü einem defekten Speicherzellenschaltkreis führen
wird. Aufgrund der dichten Packung und der Gleichheit der Speicherzellenschaltkreise
im Bereich 12 steigt die Kurve für AA in stetiger Funktion mit wachsender Fehlergröße
an, bis der Wert AA sich 1,0 nähert. Von diesem Punkt an wird dann die Wahrscheinlichkeit,
daß die Speicherzellenschaltkreise schlecht funktionieren, bei dieser Fehlergröße
so hoch, daß sich anschließend ein im wesentlichen konstanter Verlauf ergibt. Im
Falle der weniger dicht gepackten Hilfsschaltkreise im Gebiet 12 des Halbleiterscheibchens
ist die Wahrscheinlichkeit As, daß diese Schaltkreise schlecht funktionieren, für
kleine Fehler sehr gering. Es ergibt sich dann ein stärkerer Anstieg als im Falle
AA, bis zu einem kleineren, im wesentlichen konstanten Wert der Fehlergrößen, die
normalerweise in integrierten Schaltkreisen auftreten können. Im Falle der Wahrscheinlichke#it
AD daß ein Decodierschaltkreis schlecht funktionieren wird, bildet die Kurve für'
i sozusagen ein ZwischenstUck, das weiterhin ein interessantes Resultat ze#itigt.
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Bei Fehlergrößen zwischen etwa 6 pm und 10 um wird AD im wesentlichten
konstant dank Sättigung einer speziellen Packungsdichte dieses Ausschnittes der
monolithisch integrierten Schaltung.
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Steigt die Fehlergröße weiterhin an, dann wächst AD wiederum und zwar
ziemlich steil aufgrund des Einflusses- der größeren Fehlergrößen unterschiedlicher
Ausschnitte der Decodierschaltkreise. Dann nähert sich i wiederum einem konstanten
Wert für Fehler solcher Größen, die, in der Produktion monolithisch integrierter
Schaltkreise
auftreten.
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Ergeben sich Daten des Typs, wie in Fig. 3 gezeigt, für einen bestimmten
monolithisch integrierten Schaltkreis und Fehlertyp, dann läßt sich der Einfluß
dieses Fehlertyps auf diesen bestimmten monolithisch integrierten Schaltkreis für
einen gegebenen Verfahrensschritt auswerten, indem folgende Beziehung angewendet
wird: Y = (1" Hierin bedeuten: Y die mögliche Ausbeute an nicht defekten Schaltkreisen
bei diesem Verfahrensschritt als Ergebnis des bestimmten, in Frage kommenden Fehlertyps,
die Wahrscheinlichkeit, daß ein Fehler dieses Typs zu einem defekten Schaltkreis
führen wird und die Anzahl des vorgegebenen Fehlertyps, wie er in einem bestimmten
Halb leiters cheibchen beobachtet wird.
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Um die Gesamtauswirkung auf die Ausbeute für einen in Frage kommenden
Fehlertyp bei dem betrachteten Verfahrensschritt zu erhalten, ist es erforderlich,
alle Ausbeuten, wie sie sich Halbleiterscheibchen für Halbleiterscheibchen ergeben,
auf der Basis oben angegebener Beziehung aufzusummieren. Wie im Falle der Simulation
der Fehler bei der Planzeichnungsdarstellung selbst lassen sich diese Berechnungen
zweckmä-Bigerweise in einem entsprechend programmierten Rechner durchführen.
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Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, Liegt hier eine verbesserte
Version eines Ausbeutenmodellprozesses für monolithisch integrierte Schaltkreise
hinreichender Genauigkeit vor, um
Identifizierung und Wechsel kritischer
Ausschußgrößen bei Fertigung monolithisch integrierter Schaltkreise zu gestatten.
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Durch Anwendung der Simulationstecllnik gemäß der Erfindung ergeben
sich wesentliche Zeitersparnisse und außerdem eine Aufwandsverringerung in Entwicklung
eines solchen Ausbeutenmodells. Wenn sich gezeigt hat, daß das Ausbeutenmodell selbst
keine statistische Zufallsverteilung der Fehler voraussetzen kann, so erlaubt doch
die zufallsbedingte Simulationstechnik vorliegender Erfindung genügend genaue Wahrscheinlichkeitswerte
X dafür, daß ein vorgegebener Fehlertyp einen defekten Schaltkreis herbeiführen
wird, um die Anwendung dieser Technik zur Aufstellung eines Ausbeutenmodells zu
gestatten.