CN113380655B - 一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体工艺制造技术领域，为一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路，包括译码器、存储器、灵敏放大器、编程模块、控制模块和电源端口VDD端、VCC端与GND端，所述译码器、存储器和灵敏放大器依次连接在一起，所述灵敏放大器，编程模块和控制模块并联在一起，所述译码器上连接有输入端口Am‑A0端和An‑Am+1端，所述控制模块上连接有PE‑CE‑OE端，所述灵敏放大器和编程模块上并联有输出端口DQn～DQ0，所述存储器上连接有电阻校验端口R1和R2，所述控制模块上设有输入CE端、PE端和OE端，所述译码器上设有输入Am‑A0端和An‑Am+1端；本发明可以有效的监控编程前反熔丝单元工艺缺陷、不同编程电流下反熔丝单元编程电阻特性。

Description

一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路

技术领域

本发明涉及半导体工艺制造技术领域，尤其涉及一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路。

背景技术

反熔丝技术具有高速度、低功耗、高保密、高可靠、抗辐射的等优良特性在航天领域具有广泛的应用，反熔丝技术尤其是反熔丝工艺技术具有极高的技术门槛，其中工艺过程监控是其关键技术之一。反熔丝单元质量决定于工艺过程控制，反熔丝单元电学特性是反熔丝工艺质量监控的主要指标，一般常采用的监控方法包括单元和阵列两种基本结构，这两种结构用于评价反熔丝单元的电流电压特性、击穿电压特性、编程特性以及圆片级可靠性特性等，但由于评价数量的不足，同时由于反熔丝单元结构对工艺缺陷非常敏感，需要具备对海量反熔丝单元编程良率和工艺缺陷有效监控的测试结构。

如果采用单元进行编程良率评价，存在两个方面问题，一方面采用单元实现海量编程(失效率在ppm至ppb之间)可能需要数十批甚至百批圆片，同时编程测试量也非常大，效率非常低；另一方面，即使提供批量编程和测试，但在大量反熔丝单元编程测试过程中，可能存在扎针原因造成编程失效，这种非反熔丝单元失效和反熔丝单元失效是无法区分的，使反熔丝单元编程良率计算存在不可接受的误差。在工艺缺陷监控上，反熔丝阵列规模是不够的，即使采用阵列监控反熔丝模块工艺缺陷，也存在上述同样的问题，那就是需求批次多，测试量大，同时存在扎针接触问题。编程良率提升和反熔丝工艺模块缺陷控制是反熔丝电路产品化中的关键技术，特别是在工艺量产转型阶段，如果编程良率和工艺缺陷不能有效监控和解决，将无法实现电路量产，为此，提出一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路，包括译码器、存储器、灵敏放大器、编程模块、控制模块和电源端口VDD端、VCC端与GND端，其特征在于，所述译码器、存储器和灵敏放大器依次连接在一起，所述灵敏放大器，编程模块并联在一起，所述译码器上连接有输入端口Am-A0端和An-Am+1端，所述灵敏放大器和编程模块上并联有输出端口DQn～DQ0，所述存储器上连接有电阻校验端口R1和R2，所述控制模块上设有输入

端、

端和

端，所述编程模块和VCC端连接在一起。

优选的，所述存储器包括选择管M1、选择管M2，限流管M3、限流管M4以及高压隔离管M5，反熔丝单元AF1、反熔丝单元AF2，连接节点S1、连接节点S2，状态节点Q1、状态节点Q2，输入使能CE_OE_PE，行列地址BL、行列地址WL1，WL2，选择管M1和选择管M2栅极连接在一起，选择管M1和限流管M3源漏相连，其连接点为S1节点；选择管M2和限流管M4源漏相连，其连接点为S2节点；反熔丝单元AF1与选择管M1并联，反熔丝单元AF2与选择管M2并联；高压隔离管M5源漏分别连接状态节点Q1和Q2。

优选的，存储器包括读出电路，所述读出电路包括上拉管M6以及反相器INV1，状态节点Q2、Q3，高压隔离管M5为存储阵列输出隔离管，对应输出状态节点Q2连接在M6源端和INV1的输入端，M6漏端连接电源，反相器INV1输出端的状态节点Q3作为读出信号最终输出。

优选的，存储器容量为16kbit～1Mbit。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路，包括译码器、存储器、灵敏放大器、编程模块、控制模块和电源端口VDD端、VCC端与GND端，所述译码器、存储器和灵敏放大器依次连接在一起，所述灵敏放大器，编程模块并联在一起，所述译码器上连接有输入端口Am-A0端和An-Am+1端，所述灵敏放大器和编程模块上并联有输出端口DQn～DQ0，所述存储器上连接有电阻校验端口R1和R2，所述控制模块上设有输入

端、

端和

端，所述编程模块和VCC端连接在一起；作为测试电路，与标准PROM存储电路相比，增加了输入Am-A0端口设置不同的读出档位，增加了VCC端口控制编程模块的编程电流，增加了R1和R2端口用于监控编程后电阻。本发明测试电路可以有效的监控编程前反熔丝单元工艺缺陷、不同编程电流下反熔丝单元编程电阻特性，弥补仅仅依靠反熔丝单元和阵列对工艺过程监控的不足。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路的结构示意图；

图2是本发明的一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路的存储阵列模块逻辑图；

图3是本发明的一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路的存储阵列读出逻辑图；

图4是本发明的一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路的读出电阻阈值控制逻辑图；

图5是本发明的一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路通过外接电阻确定读出电阻值的逻辑图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1～图5，本发明实施方式提供一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路，包括译码器、存储器、灵敏放大器、编程模块、控制模块和电源端口VDD端、VCC端与GND端，所述译码器、存储器和灵敏放大器依次连接在一起，所述灵敏放大器，编程模块并联在一起，所述译码器上连接有输入端口Am-A0端和An-Am+1端，所述灵敏放大器和编程模块上并联有输出端口DQn～DQ0，所述存储器上连接有电阻校验端口R1和R2，所述控制模块上设有输入

端、

端和

端，所述编程模块和VCC端连接在一起。

其中，Am-A0用于设置电阻阈值档位，An-Am+1为输入地址，

端口信号控制电路工作模式，

端同时是编程高压输入端口，输入地址An～Am+1通过译码输入，数据通过DQn～DQ0引脚输出，VCC为编程限流管提供栅压，通过地址A14-Am+1译码输入到对应限流管栅上，控制该限流管的编程电流。

存储器包括选择管M1、M2，限流管M3、M4以及高压隔离管M5，反熔丝单元AF1、AF2，连接节点S1、S2，状态节点Q1、Q2，输入使能CE_OE_PE，行列地址BL、WL1，WL2。选择管M1和M2栅极连接在一起，选择管M1和限流管M3源漏相连，其连接点为S1节点；选择管M2和限流管M4源漏相连，其连接点为S2节点；反熔丝单元AF1与选择管M1并联，反熔丝单元AF2与选择管M2并联，高压隔离管M5源漏分别连接状态节点Q1和Q2，存储阵列工作原理，通过状态节点Q2的输出电阻的变化使得状态节点Q2输出电位发生改变，在工作模式下，M5、M1和M4处于开态，编程前，反熔丝单元电阻非常大，状态节点Q2的输出电阻非常大；编程后，反熔丝单元电阻非常小，状态节点Q2的输出电阻非常小。

在编程模式下，BL端输入来自端口PE的高压对存储阵列编程，CT控制隔离管M5关闭，CE_OE_PE控制选择管M1、M2关闭，WL1和WL2通过VCC控制限流管M3、M4的电流，同时根据地址译码控制M3、M4开关，当M3、M4处于开态时，则对反熔丝单元AF1、AF2进行编程，否则不进行编程，VCC电压决定了编程电流大小。

存储器读出电路包括上拉管M6以及反相器INV1，状态节点Q2、Q3，高压隔离管M5为存储阵列输出隔离管，对应输出状态节点Q2连接在M6源端和INV1的输入端，M6漏端连接电源，反相器INV1输出端的状态节点Q3作为读出信号最终输出，存储器读出电路只有一种电阻阈值作为比较对象，如果读出为0，则表示读出电阻大于该电阻阈值，否则小于该电阻阈值，对于反熔丝单元编程后的读出逻辑设置电阻阈值，以用于确定反熔丝编程后电阻范围。

读出电阻阈值设置：Q2电平由M6导通电阻和M5、反熔丝、M4的串联电阻决定，当M6、M5、M4宽长比、偏置电压以及INV1上下拉管宽长比确定后，Q2的电平仅与反熔丝编程电阻有关。当Q2电平超过INV1的翻转阈值时，则INV1发生翻转，否则不出现翻转，将读出电路中M6分解成M61、M62、……、M6k个单管，通过A0、A1、……、Am译码控制M61、M62、……、M6k个单管的开关，根据M6k管子开关数目确定不同的读出电阻阈值。读出电阻阈值逻辑如图4所示，M6管分解成k个单管源端和漏端并联，并联单管源端连接电源，漏端输出Q2，栅端电压有输入地址A0、A1、……、Am译码控制，除了通过将M6管分解成k个单管设置电阻阈值外，本发明电阻阈值设置方案还包括拉偏M5、M4、以及INV1宽长比实现。

如图5所示，电阻阈值档位监控：由于工艺波动和批次波动的影响，读出电路的电阻阈值也存在波动，为了消除工艺波动的影响，选择几位反熔丝单元做成开路，将反熔丝单元两端引出，某开路单元外接可调电阻，当外接电阻逐渐由小增大过程中该位读出数据由0变成1，则表示该档位电阻阈值略大于此时的外接电阻，这样该档位电阻阈值较精确的确认下来。

读出电路有两种情形，一种是编程前读出，也叫查空，反熔丝单元编程前读出(查空)采用最大电阻阈值，最大电阻阈值至少是M欧级电阻以上，当读出数据为0时，表明未编程反熔丝单元电阻大于M欧级电阻，否则小于M欧级电阻；编程后读出模式需要设置多种电阻阈值，电阻阈值间隔越小，则可以越精确定位编程电阻范围，如在某种电阻阈值档位下，若读出为1，则表示编程后反熔丝单元电阻小于该阈值电阻，再选小一档的电阻阈值，若读出为0，则表示编程后反熔丝单元电阻在这两个电阻阈值档位之间，阈值档位间隔越小，编程后电阻定位越精确。

存储器中，反熔丝单元阵列版图布局较为疏松，为了保证其他电路应用以及工艺控制要求，设计dummy单元(假单元，该单元未连接到电路逻辑中)提升反熔丝单元密度。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (3)

1.一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路，包括译码器、存储器、灵敏放大器、编程模块、控制模块和电源端口VDD端、VCC端与GND端，其特征在于，所述译码器、存储器和灵敏放大器依次连接在一起，所述灵敏放大器，编程模块并联在一起，所述灵敏放大器和所述编程模块均与所述控制模块相连，所述译码器上连接有输入端口Am-A0端和An-Am+1端，所述灵敏放大器和编程模块上并联有输出端口DQn～DQ0，所述存储器上连接有电阻校验端口R1和R2，所述控制模块上设有输入

端、

端和

端，所述编程模块和VCC端连接在一起；所述存储器包括选择管M1、选择管M2，限流管M3、限流管M4以及高压隔离管M5，反熔丝单元AF1、反熔丝单元AF2，连接节点S1、连接节点S2，状态节点Q1、状态节点Q2，输入使能CE_OE_PE，行列地址BL、行列地址WL1，WL2，选择管M1和选择管M2栅极连接在一起，选择管M1和限流管M3源漏相连，其连接点为S1节点；选择管M2和限流管M4源漏相连，其连接点为S2节点；反熔丝单元AF1与选择管M1并联，反熔丝单元AF2与选择管M2并联；高压隔离管M5源漏分别连接状态节点Q1和Q2，状态节点Q1连接行列地址BL；限流管M3的栅端连接行列地址WL1，源端接地；限流管M4的栅端连接行列地址WL2，源端接地；选择管M1和选择管M2的漏极连接状态节点Q1。

2.根据权利要求1所述的一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路，其特征在于：存储器包括读出电路，所述读出电路包括上拉管M6以及反相器INV1，状态节点Q2、Q3，高压隔离管M5为存储阵列输出隔离管，对应输出状态节点Q2连接在M6源端和INV1的输入端，M6漏端连接电源，反相器INV1输出端的状态节点Q3作为读出信号最终输出。

3.根据权利要求1所述的一种反熔丝单元工艺质量监控测试电路，其特征在于：存储器容量为16kbit～1Mbit。

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