Тестовая ячейка для контроля качества МДП-БИС Советский патент 1986 года по МПК G01R31/28 G01R31/3177 

Изобретение относится к производству МДП-БИС и может быть использова но-для их контроля и управления технологическим процессом изготовления. Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет охвата контролем большей площади различных областей кристалла и упрощение готовой МДП-БИС за счет сокращения числа используемых для контроля выводов. На фиг, 1 приведена электрическая схема тестовой ячейки; на фиг. 2 ее топология. Тестовая ячейка (фиг.1) содержит МДП-транзисторы 1.1.1 - 1.Н.Ы, первую 2, вторую 3 и третью 4 контактные площадки. МДП-транзистор с номером 1, 15 соединен стоком со стоком МДПтранзисТора с номером , и с первой контактной площадкой, истоком Г7 со стоком МДП-транзистора с но мером 1, , соединенного исто стоком МДП-транзистора с номе ром , 3. Исток МДП-транзистора с номером 2, соединен со стоком МДП-транзистора с номером , , соединенного истоком со стоком ИДП-транзистора с номером 2, J 3. Исток дополнительного МДП-транзис тора с номерам i,j(i,.l1.3; 2.1-2,3; , j N) соединен со стоком дополнительного МДП-транзистора с номером i, j 4-1, а его сток - с истоком МДП-транзистора с номером 1, J-1, стоки дополннтехсьных МДП-транзисторов с номерами i, j (i 2, j 1) соединены с первой ко тактной площадкой, а их истоки - со стоками дополнительных МДП-транзисто ров с номерами i, j+1, истоки дополнительных МДП-транзисторов с номе рами i, j (, j N) соединены с второй контактной площадкой, а их стоки с истоками дополнительных МДП-транзисторов с номерами I , J-1, стоки двух дополнительных 1ЦЩтранзисторов с номерами , и , j 4 соединены соответственна с истоками МДП-транзисторов с номерами , и 2, , затворы всех 1)Щ1-транзисторов с номерами i, j (i 1-N; j 1 - N) соединены с треть ей .контактной площадкой. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Тестовая ячейка представляет собо матрицу , из 1.1,1 - 1.N.N МДП-тран032зисторов. Величину V. выбирают равной , где П - необходимое число МДПтранзисторов. В свою очередь число А для обеспечения качественного контроля параметров кристалла должно сое- тавлять не менее 10% от общего числа основных (не тестовых) элементов, размещаемых на кристалле. Кроме того, МДП-транзисторы 1 . 1 .1-1. t,M должны занимать на кристалле значительную площадь для выявления всех возможных дефектов. МДП-транзисторы 1 . 1 .1-1 .W.N могут быть расположены локально в одной области кристал.па (фиг, 2) или, например, могут быть распределены по кристаллу. Отношение суммарной длины (lj)i.каналов всех МДП-транзисторов l.i.j к. суммарной ширине каналов (Wj) всех МДП-транзисторов выбирается из условияL k где s и Ug соответственно длина и ширина канала базового МДП-транзистоpa, используемого для реализации основной (не тестовой)структуры МДПБИС. Выполнение соотношения ( 1) обеспечнвает. по . основным характеристикам: пороговому напряжению и крутизне матрицы NxN МДП-транзисторов 1,1«1- 1.N.N эквивалентность ее одному базовому транзистору. Действительно, уравнение вольтамперной характеристики любого МДПтранзистора в пологой области имеет 1сп - Kf (V3, - V, ) (2) tn ток стока:; VT- физическая величина порогового напряжения; - напряжение стока; UI - ширина канала; f- длина канала. К -т К - крутизна МДП-транзистора; М. 6о -коээфициеит проводимости. Как видно из уравнения (2), крутизна определяется отношением ширины канала МДП-транзистора к его длине и коэффициентом проводимости К Коэффициент проводимости К имеет одинаковуи величину для всех транзисторов, расположенных на кристалле независимо от их размеров, так как К 3 зависит от диэлектрической проницаемости подзатворного окисла Со, , под вижности носителей в канале - Мр и толщины подзатворного диэлектрика Следовательно, крутизна двух МДПтранзисторов на одном кристалле определяется только отношением длины канала к ширине. В одном случае эти соотношения равны, из чего вытекает равенство крутизны базового транзистора и тестовой ячейки (группового транзистора). Равенство технологического значения пороговых напряжений базового и группового транзисторов вытекает из равенства удельной крутизны этих транзисторов: 1с„ - К (УЗИ - V, f (3) Равенство удельной крутизны - К, физической величины порогового напряжения V и задаваемого тока Ifj, при измерениях обеспечивает равенство напряжений на затворе Vj,, которое при токе стока 1 мкА является технологическим пороговым напряжением. Следовательно, по двум основным характеристикам: пороговому напряжению и крутизне матрица NxN МДП-транзисторов 1.1.1 - 1.N.N эквивалентна одному базовому МДП-транзистору. Однако эта матрица занимает площадь значительно большую чем один базовый МДП-транзистор, что позволяет ох ватить контролем большую часть кристалла и повысить таким образом достоверность контроля. Охватываемая ; контролем площадь может быть увеличе на или уменьшена для обеспечения заданной достоверности контроля за сче выбора величины N. Для измерения параметров матрицы МДП-транзисторов 1.1.1-1.N.N, эквивалентных параметрам базового МДПтранзистора, например порогового напряжения, соединяют контактные площадки 2 и 4, задают на контактную площадку| 2 ток и измеряют пороговое напряжение между контактными площадками 2 и 3, При наличии определенного вида дефекта на исследуемой площади кристалла может оказаться, что МДП-транзистор 1. i. j, имеющий данный дефект, выгорает. Это приводит к отклонению всех последовательно вклю ченных МДП-транзисторов l.i.l-l.i.N, увеличению общего сопротивления между контактными площадками 2 и 3 и соответствующему увеличению напряже034ния между площадками 2 и 3, по которому можно судить о годности МДП-БИС, Кроме катастрофических отказов (типа выгорания МДП-транзисторов) может иметь место и уход параметров, о котором можно судить по отклонению величины напряжения между площадками 2 и 3. Дпя обеспечения контроля МДПБИС должна иметь три вывода, соединенных с контактными площадками 2, 3 и 4 (известное устройство требует наличия шести выводов). Следовательно предлагаемая тестовая структура обеспечивает сокращение числа вьюодов МДП-БИС, т.е. ее упрощение. Формула изобретения Тестовая ячейка для контроля качества МДП-бИС, содержащая контактные площадки, ЦЩ-тpaнзиcтop с номером , , соединенный стоком со стоком МДП-транзистора с номером , и с первой контактной площадкой, истоком - со стоком МДП-транзистора с номером , , соединенного истоком со стоком МДП-транзистора с номером , , МДПтранзистора с номером , , соединенный истоком со стоком МДПтранзистора с номером , , соединенного истоком со стоком МДПтранзистора с номером 1 2, j 3, отличающаяся тем, что, с целью повьш енкя дойтоверности контроля за счет охвата контролем большей площади различных областей кристалла и упрощения МДП-БИС за счет сокращения используемых для контроля выводов, в тестовую ячейку введено N-6 дополнительных ЯДП-транзисторов (N - произвольное число), причем исток дополнительного МДП- транзистора с номером i,j, (i,j / 1.1-1.3; 2.1-2.3; j 1, j TN) соединен со стоком дополнительного МДП-транзистора с номером 1, J+1, а его сток с истоком МДП-транзистора с номером 1, J-1, стоки дополнительных МДПтранзисторов с номерами 1, j (1 2, j 1) соединены с первой контактной площадкой, а их истоки - со стоками дополнительных МДП-транзисторов с номерами 1, j+1, истоки дополнительных МДП-транзисторов с номерами i-t j (i , j Ю соединены с второй контактной площадкой, а их стоки - с истоками дополнительных МДПтранзисторов с номерами 1, j-1, стоки двух дополнительных МДП-транзисторов с номерами , и , соединены соответственно с истоками дополнительных МДП-транзисторов с номерами , ,H 1 2, j 3,

затворы всех МДП-транзисторов с номерами 1, j (1 1 - N, j 1 -. N) соединены с третьей контактной площадкой.

ХЧХХХХ f УУ V 7 г, - --- Лпг 1хххххх у х Я J- xxxxxxxH

:з- L XXXXXXXNNH / Е fr fSxXXXXNXl

.RXXXXXXXXN / /

Эи-

Г.МА/ 3

./L