Тестовая ячейка для контроля качества мдп-бис

 

) 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

,SU„„1022082 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

tOUNMN

РЕСПУБЛИН

З(я) G 01 R 31/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и s wA roses ©wj xm rrev

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И-ОТКРЫТИЙ (21) 2886186/18-25 (22) 22.02.80 (46). 07.06.83, Бюл. М 21 (72) Л.П.Домнин, И.Д.Дуриин, С.A.Еремин, П.A.Арутюнов и С.В.Фе-. тисова (53) 621.382(088.8) (56) 1. Интегральные схемы на ИДПприборах. Под ред. A.Í.Êàðìàçèíñêîro, М., Мир, 1975, с.506-509.

2. Авторское свидетельство СССР

9 542151, кл. G 01. R 31/26, 1974 (прототип) . (54}(57) ТЕСТОВАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИДП-БИС, 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 затворами вторых транзисторов. противоположного плеча, стоки вторых транзисторов соединены с выходами ячейки, а также с истоками и затворами третьих транзисторов того же плеча, а стоки третьих транзисторов соединены с дру-Щ гим выводом ячейки.

1022082

Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов, в частности МДП-БИС, и может быть использовано для контроля качества в процессе изготовления и определения эксплуатационной надежности го5 товых микросхем.

Известны устройства для контроля качества МДП-БИС, состоящие иэ дискретного инвертора, нагрузочного резистора и МДП-конденсатора ) 1).

Недостаток устройств заключается в том, что они не могут использоваться для проверки качества операций сборки. Позволяя оценить надежность отдельного прибора, уст- т5 ройства не обеспечивают достоверный контроль технологии. Кроме того, они не могут быть использованы для определения эксплуатационной надежности готовых микросхем. 20 .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является тестовая ячейка для контроля качества МДП-БИС, содержащая расположенные по периферии 5 кристалла группы транзисторов, объединенных в два симметричных плеча.

После балансирования плеч по величине рассогласования параметров симметричных элементов производится кор-30 реляционная оценка качества изготовления ИС (интегральных схем), определяющая их устойчивость к деградационным отказам 1.2 ).

Однако известное устройство недостаточно чувствительно к дефектам поверхности кристалла.

Цель изобретения — повышение чувствительности..

Поставленная цель достигается,тем,, что в тестовой ячейке для контроля 40 качества МДП-БИС, содержащей расположенные по периферии кристалла группы транзисторов, объединенных в два симметричных плеча, каждое плечо соцержит три полевых транзистора, 45 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 затворами вторых транзисторов противоположного плеча, стоки вторых 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.2И3топологические варианты расположения двух плеч ячейки на кристалле, соединяемых по принципиальной схеме с помощью внешней коммутации.

Тестовая ячейка (фиг.1) содержит два симметричных плеча, образо 65 ванных транзисторами 1,2,3 и 4,5,6.

Затворы первых транзисторов 1,4 являются входами тестовой ячейки.

Истоки транзисторов 1,4 соединены с одним выводом ячейки, а их стоит. соединены с истоками вторых транз ис торов 2, 5, обра з ующнх ак т ив ные токостабилизирующие нагрузки, и затворами транзисторов 5,2 противоположных плеч. Стоки транзисторов 2, 5 соединены с истоками и затворами третьих транзисторов 3,6 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 п1тотивоположных 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 асйчметрии элементов МДП-БИС, возникающей вследствие рассовмещения фбтошаблонов, растравливания, плохого качества контактов и т.д.

При наличии дефектов в МДП-БИС в стоковых или нстоковых областях тран-! зисторов 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 дифференциальные сигналы, которые затем усиливаются тта 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 сигналам на их истоках (или стоках транзисторов

1,4). Таким образом, транзиаторы 2,5 работают по схеме с общим затвором, так как их входное сопротивление со стороны затвора значительно превосходит выходное сопротивление транзисторов 1,4. Разностный сигуйл усиливается на стоках транзисторов 2,5, к которым подключены пассивные токостабилизирующие нагрузки, образованные транзисторами 3,6. Транзисторы 2,5 при балансе плеч тестовой ячейки также образуют токосФабилизирующие динамические нагрузочные элементы, которые донолнитеттьно усили. вают сигнал рассогласования вследствие подключения их затворов q истокам в противоположных плечах тестовой ячейки. Поскольку транзисторы 1,2,3 (или 4,5,6) находятся в непосредственной близости друг от

1022082

15 друга, то наличие дефектов в одном иэ 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 установленным испытательным 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 сказы ваются .сбалансированными, т.е. напряжение между выходом 9 и выходом 10 не превышает напряжение смещения 20 измерительного операционного усилителя, а на его выходе измеряется напряжение, строго пропорциональное напряжению смещения между затворами (вход 7, вход 8) транзисторов 1,4 25 тестовой ячейки. Кристаллы БИС с тестовыми ячейками, которые не балансируются или напряжение смещения между входами которых превышает допустимую величину {для МДП-транзис- 30 торных структур не более 20 мВ), бракуются.

Затеи на тестовые ячейки, прошедшие первый отбраковочный контрольный тест, подаются ступенчато изменяющиеся при- З5 ращения питающих напряжений, соответствующие относительнич приращениям тока, и измеряются относительные приращения напряжения смещения между затворами транзисторов 1,4 (вход 7, . 1вход 8) или относительные приращения 40

{токов в плечах тестовой ячейки (выход 9, выход 10).

Отношения измеряемых относитель-. ных приращений напряжения смещения или токов стока в плечах тестовой 45 ячейки к задаваемым воздействующим относительным приращениям тока или напряжения характеризуют коэффици1 ент 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 ячейкй 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 ва здействие указанных-факторов сводится к воздействию синфазных помех, то возникновение одинако» вых 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, соот- ветственно, приведет к задиранию плеч (транзисторы 1,2,3 и 4,5,6) тестовой ячейки и подавлению сигналов помех, обусловленных факторами окружающей среды, что способствует повышению воспроизводимости контрольных операций и достоверности контроля.

I ,Описанная тестовая ячейка позволяет произвести как интегральную оценку качества изготбвления МДП-БИС, так и дифференцированную по отдельным компонентам ненадежности (поверхность, объем микроструктуры переходов). Это дает возможность оценивать качество проведения отдельных технологических операций и оперативно корректировать параметры технологического процесса, что создает значительную экономию материалов и рабочего времени, а также повышает процент выхода годных БИС в 1,2-1,5 раза по сравнению с процентом выхода при отсутствии указанной коррекции. (1022082

Рсса. 2

Составитель М.Мессерер

Редактор Н.Егорова Техред К.Мыцьо Корректор В.Бутяга

Зак а э 4 03 4/3 7 Тираж 71 0 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4