Der hier zu sehende 64kBit-DRAM U2164 wurde im April 1987 im Zentrum für Mikroelektronik Dresden gefertigt. Viele Hintergrundinformationen zum U2164 finden sich im Rahmen des Tesla MHB4164, der ebenfalls einen U2164 enthält und im Rahmen des U2164 (Revision 5). Es bietet sich an diese Dokumentationen zuerst in dieser Reihenfolge zu lesen.
Das große Die benötigt viel Platz im DIL-16 Gehäuse.
Auf dem Die sieht man einige Verschmutzungen und Artefakte. Dieses Bild ist auch in einer höheren Auflösung verfügbar: 48MB
Das Die ist mit einer Schutzschicht überzogen, was zum Teil die Verschmutzung erklärt. Auf derartigen Schutzschichten haften Partikel meist sehr stark. Ein nicht unerheblicher Teil der Verschmutzung muss aber schon vor dem Öffnen auf dem Die gewesen sein.
Bei Speicherbausteinen nutzt man Beschichtungen in erster Linie meist nicht als Schutz vor Verschmutzungen, sondern versucht radioaktive Strahlung abzuschirmen. Alphateilchen aus dem Gehäusematerial können so die Speicherzellen nicht beeinflussen.
An der oberen Kante des Dies befindet sich ein dunkler Fleck, unter dem man einen elektrischen Defekt vermuten würde. Es scheint sich aber nur um eine Verschmutzung im Vergussmaterial zu handeln.
Die Beschriftung dokumentiert, dass es sich hier um die vierte Revision des U2164 handelt. Im Tesla MHB4164 (April 1990) und im zuvor dokumentierten U2164 (März 1988) findet sich die Revision 5. Das bedeutet, dass zwischen April 1987 und März 1988 von der Revision 4 auf die Revision 5 umgestellt wurde.
Es zeigt sich, dass die Revision 5 des U2164 mit 7,1mm x 3,4mm deutlich kleiner ist als die hier verbaute Revision 4 mit den Abmessungen 8,2mm x 3,8mm. Eine so starke Reduktion der Fläche lässt sich nicht mit kleineren Optimierungen erreichen. Zur Revision 5 wurden offenbar alle Strukturen verkleinert. In der Informationsschrift "Applikative Information" (02/90) heißt es, dass zur Produktion des U2164 der Prozess nSGT3d zum Einsatz kam. Dort wird die Größe des Dies mit 7,07mm x 3,4mm angegeben. Eventuell basiert die Revision 4 noch auf einem älteren Prozess. Die Funktionsblöcke scheinen aber bis auf kleinere Details elektrisch gleich aufgebaut zu sein.
Die Schutzschicht stört etwas den Blick auf die Strukturen. Hier kann man nun aber im Speicherbereich die Kondensatorflächen erkennen, die die Daten speichern.
Die Details der Strukturen zeigen, dass der Speicher nicht exakt so aufgebaut ist, wie man es in der Radio Fernsehen Elektronik 08/1989 dargestellt hat. Bei der Analyse des U2164 im Tesla MHB4164 musste man noch davon ausgehen, dass die Dokumentation die Realität exakt abbildet. Die Funktionsweise wird richtig dargestellt, die Überlagerung der Strukturen hat man aber vereinfacht. Die sehr dichte Anordnung im Speicherarray führt dazu, dass die Wortleitungen nicht nur über die Bereiche geführt werden, wo sie die Auswahltransistor abbilden. Sie liegen auch auf den Flächen, die die Kapazitäten darstellen.
Auf den ersten Blick scheint es, dass diese zusätzliche Überlagerung eine unerwünschte Beeinflussung der Speicherzellen mit sich bringen könnte. Die Abbildung des Querschnitts schafft Klarheit. Die Speicherkapazitäten ergeben sich zwischen dem Substrat und der ersten Polysiliziumlage, wobei die erste Polysiliziumlage das Referenzpotential darstellt. Befindet sich über dieser ersten Polysiliziumlage eine Leitung in der zweiten Polysiliziumlage, so hat diese keinen relevanten Einfluss auf die Speicherkapazität.
Eine größere Änderung hat sich im Bereich der Ladungspumpe ergeben, die das Substrat auf ein negatives Potential legt. Es sind gleiche Schaltungsteile zu erkennen, in der Revision 5 (unten) wurde aber vor allem sehr viel weggelassen.
Anscheinend hat man mit diesem Bereich nicht nur die negative Substratspannung erzeugt. In der Revision 5 führt eine Leitung zu diversen Elementen im linken Teil des Dies. In der Revision 4 ist der Anfang dieser Leitung vorhanden, sie führt aber zu einem offenen Ende.
Der Schaltungsteil zur Umschaltung auf Reservebereiche ist in der Revision 4 genauso aufgebaut wie in der Revision 5. Hier sind die Aussparungen in der Passivierungsschicht noch deutlicher zu erkennen. Ausgelöst wurde keine Fuse. Der Speicher scheint fehlerfrei gewesen zu sein.
Der vorliegende Baustein ist defekt. Ohne Ansteuerung nimmt er mehr als 100mA auf. Eine Infrarotkamera mit Nahlinse ermöglicht es den Bereich mit der größten Wärmeentwicklung zu identifizieren. Dabei handelt es sich nicht notwendigerweise um den Ort des Fehlers. Die Wärmeentwicklung kann eine Folgereaktion sein. Ein solches Bild kann aber helfen Fehler zu identifizieren.
Überlagert man das Wärmebild, so wird deutlich, dass sich die größte Wärmeentwicklung im Bereich des ersten Bondpads abspielt. In diesem Bereich sind aber keine offensichtlichen Schäden zu erkennen.
Hier ist ein weiterer U2164 im Keramikgehäuse zu sehen. Er wurde zur gleichen Zeit produziert wie der obere U2164.
Der Schutzlack wirkt hier noch stärker verschmutzt als beim ersten U2164. Dieses Bild ist auch in einer höheren Auflösung verfügbar: 47MB
Auch hier ist ein kleiner Bereich des Schutzlacks sehr dunkel.
Dieser U2164 war offenbar nicht ganz fehlerfrei. Hier kann man einige ausgelöste Fuses erkennen.
