Тестовая ячейка для контроля качества МДП-БИС Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 G01R31/28 

Изобретение относится к производ ству полупроводниковых приборов, в частности МДП-БИС, и может быть использовано для контроля качества в процессе изготовления и определения эксплуатационной надежности готовых микросхем. Известны устройства для кЪнтроля качества МДП-БИС, состоящие из дискретного инвертора, нагрузочного резистора и МДП-конденсатора Cl} Недостаток устройств заключается в том, что они не могут использоваться для проверки качества операций сборки. Позволяя оценить надежность отдельного прибора, устройства не обеспечивают достоверный контроль технологии. Кроме того, он не. могут быть использованы для опре деления эксплуатационной надежности готовых микросхем. , .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаем му эффекту являетсятестовая ячейка для контроля качества МДП-БИС, содержащая расположенные по периферии кристалла группы транзисторов, объединенных в два симметричных пле После балансирования плеч по величине рассогласования параметров сим 1метричных элементов производится ко реляционная оценка качества изготов ления ИС (интегральных схем), определяющая их устойчивость к деградационным отказам 23. Однако известное устройство недостаточно чувствительно к дефектам поверхности кристалла. Цель изобретения - повышение чув ствительности. Поставленная цель достигается .те что в тестовой ячейке для контроля качества МДП-БИС, содержащей расположенные по периферии кристалла группы транзисторов, объединенных в два симметричных плеча, каждое пл чо содержит три полевых транзистора причем истоки первых транзисторов обоих плеч электрически соединены с одним выводом ячейки, затворы эти транзисторов соединены со входами ячейки, а стоки соединены с истоками вторых транзисторов того же плеча и затворами вторых транзисторов противоположного плеча, стоки вторы транзисторов соединены с выходами ячейки, а также с истоками и затворами третьих транзисторов того же плеча, а стоки третьих транзисторов соединены с другим выводом ячейки. На фиг.1 показана принципиальная схема тестовой ячейки; на фиг. топологические варианты расположенйя двух плеч ячейки на кристалле, соединяемых по принципиальной схеме с помощью внешней коммутации. Тестовая ячейка {фиг.1) содержит два симметричных плеча, образа ванных транзисторами 1,2,3и 4,5,Ь Затворы первых транзисторов 1,4 являются входами тестовой ячейки. Истоки транзисторов 1,4 соединены с одним выводом ячейки, а их стоки: соединены с истоками вторых транзисторов 2,5, образующих активные токостабилизирующие нагрузЙи, и затворами транзисторов 5,2 противоположных плеч. Стоки транзисторов 2,5 соединены с истоками и затво{5ами третьих транзисторов3,6 и выходами тестовой ячейки. Транзисторы 3,6, стоки которых соединены с другим выводом ячейки, образуют пассивные токостабилизирующие нагрузки. Все транзисторы тестовой ячейки могут быть выполнены с полосковой геометрией (фиг.2 и 3), а элементы одноименных транзисторов п й тивоположных плеч развернуты под углом друг к другу, не равным 180. Попарный разворот транзисторов 1 и 4,2 и 5,3 и 6 обоих плеч повышает чувствительность тестовой ячейки к («{зтрии элементов МДП-БИС, возникаюи ей вследствие рассовмещения фбТошаблонов, растравливания, плохого качества контактов и т.д. При наличии дефектов в МДП-ВИС в стоковых или истоковых областях транзисторов 1,4 возникает асимметрия вольт-амперных характеристик этих транзисторов. Вследствие этого на затворах транзисторов 1,4 при сбалансированных плечах тестовой ячейки (транзисторы 1,2,3, вход 7 и транзисторы 4,5,6, вход 8) возникают разностные или дифференциальный сигналы, которые затем усиливаются йё Стоках транзисторов 1,4. Поскольку затворы транзисторов 2,5 подключены соответственно к стокам транзисторов 4,1 в противоположных плечах тестовой ячейки, то на них образуются сигналы, противоположные по знаку сизгналам на их истоках (иди стоках транзисторов 1,4). Таким образом, транзийторы 2,5 работают по схеме с общим зйтвОром, так как их входное сопротивление со стороны затвора значительно превосходит выходное сопротивление tpaHзисторов 1,4. Разностный сигуйл усиливается на стоках транзисторов 2,5, к которым подключены пассивные токостабилизирунлцие нагрузки, образованные транзисторами 3,6. Транзисторы 2,5 при балансе плеч тестовой ячейки также образуют токостабилизирующие дингииические нагрузочные элементы, которые дополнительно усиливают сигнал рассогласования вследствие подключения их затворов i истокам в противоположных плечах тестовой ячейки. Поскольку транзисторы 1,2,3 (или 4,5,6) находятся в непосредственной близости друг от

друга, то наличие дефектов в одном из них или в группе транзисторов 1, 2,3 (или 4,5,6) приводит к асимметрии электрических характеристик.

Тестовая ячейка работает следующим образом.

На выводы тестовой ячейки (истоки транзисторов 1,4 и стоки транзисторов 3,6) подключаются питающие напряжения, соответствующие установленньм испытательньм режимам. Стоки транзисторов 2,5 (выход 9, выход 10) подключаются к входам измерительного операционного усилителя в цепи обратной связи, выход которого соединен с одним из затворов транзисторов 1,4 (вход 7, вход 8), При этом плечи тестовой ячейки окйзываются сбалансированными, т.е. напряжение между выходом 9и выходом 10 не превышает напряжение смещения измерительного операционного усилителя, а на его выходе измеряется напряжение, строго пропорциональное напряжению смещения мейду затворами (вход 7, вход 8) транзисторов 1,4 тестовой ячейки. Кристаллы БИС с тестовьми ячейками, которые не балансируются или напряжение смещения между входами которых превышает допустимую величину (для МДП-транзисторных структур-не более 20 мВ), бракуются .

Затем на тестовые ячейки, прошедш первый отбраковочный контрольный тес подаются ступенчато изменяющиеся при ргицения питающих напряжений, соответствующие относительны приращениятока, и измеряются относительные приращения напряжения смещения между затворами транзисторов 1,4 (вход 7, tвход 8) или относительные приращения токов в плечах тестовой ячейки (выход 9, выход 10).

Отношения измеряемых относительных приращений напряжения смещения или токов стока в плечах тестовой ячейки к задаваемым воздействующим относительный приращениям тока или напряжения характеризуют коэффициент влияния структуры, отражающий степень вклада элементов и компонентов ненадежности на величину ее реакций (т.е. величину приращения смещения или токов стока).

По идентичности реакций плеч тестовой ячейки во всем диапазоне воздействующих факторов оценивается качество изготовления кристаллов БИС (дефектность переходов, окисла;, неоднородность легирования по площади кристалла и т.д.).

Тестовая ячейка имеет высокую помехоустойчивость при воздействии внешних факторов окружающей среды: освещенности, температуры, давления, влияния электромагнитных полей и т.д .Поскольку воздействие указанных-факторов сводится к воздействию синфазных помех, то возникновение одинаковых по фазе и амплитуде сигналов на затворах транзисторов 1 и 4 приведет к возникновению разных по фазе и амплитуде сигналов на затворах и истоках транзисторов 2 и 5. Это, сооветственно, приведет к запиранию плеч (транзисторы 1,2,3 и 4,5,6) тестовой ячейки и подавлению сигналов помех, обусловленных факторами окружакидей среды, что способствует повышению воспроизводимости контрольных операций и достоверности конроля . i i

.Описанная тестовая ячейка позволяет произвести как интегральную оценку качества изготовления МДП-БИС так и дифференцированную по отдельным компонентам ненадежности (поверхность, объем микроструктуры переходов) . Это дает возможность оценивать качество проведения отдзльных технологических операций и оперативно корректировать параметры технологического процесса, что создает значительную экономию материалов и рабочего времени, а также повьшает процент выхода годных БИС в 1,2-1,5 раза по сравнению с процентом выхода при отсутствии указанной коррекции.

.3

) ТЕСТОВАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА , содержащая расположенные по периферии кристалла группы транзисторов , объединенных в два симметричных плеча, отличающаяся тем,что, с целью повышения чувствительности, каждое плечо содержит три полевых транзистора, причем истоки первых транзисторов обоих пЛеч электрически соединены с одним выводом ячейки, затворы этих транзисторов соединены со входами ячейки, а стоки соединены с истоками вторых транзисторов того же плеча и затвора1ми . вторых транзисторов, противоположного плеча, стоки вторых транзисторов соединены с выходами ячейки, а также с истоками и затворами третьих транзисторов того же плеч, а стоки третьих транзисторов соединены с другим выводсмл ячейки. СО ю N) оо ю