DE2831787C2

DE2831787C2 - Mit Hilfe eines Elektronen- oder Laserstrahls prüfbare integrierte Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2831787C2
Application number: DE19782831787
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr.-Ing. 8000 München Wilhelm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-07-19
Filing date: 1978-07-19
Publication date: 1983-02-17
Also published as: DE2831787A1

Description

ggg gpfindliche

Elemente mit einem vorgegebenen Potential verbunden

gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindlichen _OT einbezogen werden. Dazu ist es aber notwendig, die Elemente mit einem gemeinsamen Strombegren- Teilschaltungen vor der Herstellung der zweiten zungswidensiand (R) zwischen die Pole (VCC, VEE) Verdrahtungsebene zu prüfen. Die Verwendung von der Versorgungsspannungsquelle geschaltet sind Meßspitzen zur Prüfung der Funktion der Teilschaltun- und daß difc lateralen pnp-Trsflsistoren (Tl) jeweils gen ist jedoch nicht möglich, weil hierzu untragbar einen zweiten Kollektor besitzen, der mit einem _J5 große Kontaktflächen vorgesehen werden müßten. Signaleingang ^verbunden ist Auch die hohe kapazitive Belastung und die Gefahr der

Zerstörung der Aluminiumleitbahnen der ersten Ver-

drahtungslage sprechen gegen den Einsatz von

Meßspitzen. Durch die FR 23 16 728 is! es bt!isnnt zur Prüfung

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Hilfe eines von Teilschaltungen mit Feldeffekttransistoren die Elektronen- oder Laserstrahls prüfbare, aus einer Eingänge dieser Teilschaltungen über kleine Kapazitä-Vielzahl von Teilschaltungen bestehende, integriert? ten und deren Ausgänge über gewöhnlich gesperrte Schaltungsanordnung in Bipolartechnik mit hohem Dioden mit einer Abtast-Steuerleitung zu verbinden. Integrationsgrad zur Verarbeitung binärer Signale, bei «5 Durch wahlweises Bestrahlen des Dielektrikums der der die Signaleingänge über strahlungsempfindliche Kapazitäten mit einem scharf gebündelten Elektronenstrahl und Anlegen des oberen oder unteren logischen Pegels an die Abtast-Steuerleitung werden die Steuerelektroden der angeschlossenen Feldeffekttransistoren

von einer vergleichsweise großen 50 auf das jeweils gewünschte Potential gebracht Als ausgegangen. Sie besitzen derzeit nächster Schritt wird die Diode am Schaltungsausgang

bestrahlt Abhängig von dem sich einstellenden A'isgangspegel fließt dann durch die Diode ein Strom oder nicht

türen erzeugt werden. Nach der Fertigstellung werden 55 Obgleich die Einstellung der einzelnen Steuerpotendie Substratscheiben an den Grenzen der rechteckigen tiale und die Feststellung des Ausgangspegels zwangsläufig nacheinander erfolgen müssen, gelingt es wegen der vergleichsweise hohen Kapazität der Steuerelektroden und der praktisch stromlosen Steuerung der 60 Feldeffekttransistoren, die Steuerpotentiale ausreichend lange Zeit aufrechtzuerhalten. Im Gegensatz hierzu erfordern bipolare Transistoren im allgemeinen relativ große Ströme zur Ansteuerung, die durch Elektronen- oder Laserstrahlen nicht unmittelbar 65 erzeugt werden können. Darüber hinaus würde sich das Steuerpolential sehr rasch verändern, sobald die Bestrahlung aufhört. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, MaBnah-

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen wird zunächst i lihi

Substratscheibe ggg

gewöhnlich einen Durchmesser von 76 mm. Diese Scheiben sind in kleine rechteckförmige Flächenabschnitte unterteilt, in denen identische Schaltungsstrukd Nh d Fl

Fläehenabschnitte geritzt und auseinandergebrochen. Die auf den rechteckigen Plättchen, den Chips, vorhandenen Schaltungsstrukturen werden als integrierte Schaltungen bezeichnet.

Da nicht vorausgesetzt werden kann, daß alle Chips fehlerfrei sind, werden sie vor dem Zertrennen der Substratscheibe getestet. Zur Herstellung der Prüfanschlüsse werden auf Kontaktflecken, die an den Rändern der Chips zur späteren Herstellung von äußeren Verbindungen vorgesehen sind, feine Metallsonden aufgesetzt. Die beim Prüfen als unbrauchbar erkannten Chips werden markiert und später ausge-

men vorzusehen, die das Prüfen von integrierten Teiischaltungen in Bipoiartechnik zur Verarbeitung binärer Signale mittels eines Elektronen- oder Laserstrahls ermöglichen, ohne den Normalbetrieb der fertiggestellten integrierten Gesamtschaltung zu beeinträchtigen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst Weiterbildungen und spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu ι ο entnehmen. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den integrierten Aufbau eines bistabilen strahlungsempfindlichen Elements,

F i g. 2 das elektrische Ersatzschaltbild des strahlungscmpfindlichen Elements,

F i g. 3 die Anschaltung des strahlungsempfindlichen Elements an die Eingänge von TTL-GIiedern.

F i g. 4 die Anschaltung des strahlungsempfindlichen Elements an die Eingänge von CML-Gliedern,

Fig.5 den integrierten Aufbau eines erweiterten bistabilen sirahiungsempfindiichen Elements.

Mit Hilfe der durch den Elektronen- oder Laserstrahl setzbaren bistabilen strahlungsempfindlichen Elemente, im folgenden als Speicherzellen bezeichnet, ist es möglich, die für die Prüfung von Teilschaltungen vorgesehenen Signale nacheinander an die Signaleingänge anzulegen. Mit dem Elektronenstrahl kann schließlich auch das sich jeweils einstellende Ausgangspotential gemessen werden. Es versteht sich von selbst, daß die Speicherzelle nur einen minimalen Platzbedarf haben soll und keinen nennenswerten Verdrahtungsaufwand verursachen darf.

Die F i g. I zeigt den integrierten Aufbau einer solchen Speicherzelle. Sie besteht aus einem lateralen pnp-Transistor, der den strahlungsempfindlichen Kanal enthält und einen npn-Transistor mit hoher Stromverstärkung. Die Verbindung zwischen den beiden Transistoren ergibt sich aus dem Schichtaufbau. *o

In einem p-leitenden Substrat 1 befindet sich eine »vergrabene« Hochdotierte n+-leitende Schicht 2. Darüber liegt von innen nach außen, eine schwach dotierte η-leitende Schicht die an einer Stelle bis zur Oberfläche des Halbleiters geht Zu beiden Seiten dieser *5 Stelle sind in die η-leitende Schicht 3 p-leitende Schichten 4 und 5 eindiffundiert. Im Bereich der p-leitenden Schicht 5 befindet sich noch eine η+-leitende Schicht 6 mit geringer Tiefe und kleinen horizontalen Abmessungen. Die Schichten 4 und 6 sind kontaktiert und dienen als Anschlüsse A und B für die Versorgungsspannung. Die von den Kontaktierungen nicht belegten Bereiche der Halbleiteroberfläche sind durch eine strahlungsdurcnlässige Isolierschicht 7 abgedeckt.

Für den lateralen pnp-Transistor bilden die Schichten 4,3 und 5 in der gleichen Reihenfolge den Emitter, die Basis und den Kollektor. Die entsprechenden Elektroden werden für den npn-Transistor durch die Schichten 6, 5 und 3 gebildet Die vergrabene Schicht 2 ist vorgesehen, um die Verbindung zwischen den beiden Transistoren niederohmiger zu machen und die Bildung eines störenden Substrattransistors zu verhindern.

Bei der beschriebenen Speicherzelle handelt es sich um eine Vierschichtanordnung ähnlich einem Thyristor. In Fig. 2 ist das elektrische Krsal/schallbild mit dem ^b'' pnp-Transistor T\ und dem npn-Transistor T2 dargestellt. Beim Anlegen einer Spannung an die AnschlußDunkte A und B ist die Speicherzelle zunächst stromlos. Puren die Einwirkung eines Elektronen- oder Laserstrahls auf die Stelle der Anordnung, an der die η-leitende Schicht 3 die Halbleiteroberfläche erreicht, bildet sich zwischen den beiden p-Zonen 4 und 5 ein p-Kanal aus. Der dadurch erzielte Strom wird im npn-Transistor verstärkt und »zündet« infolge der Rückkopplung die Schaltung, Es reicht ein kleiner Kanalstrom aus, um die Schaltungsanordnung in den leitenden Zustand zu bringen, 4 h. die Speicherzelle zu setzen. Ähnlich wie Dei einem Thyristor kann durch Wegnahme der Versorgungsspannung die Schaltung gelöscht werden.

Da von der Halbleiteroberfläche her nur die Versorgungskontakte und der strahlungsempfindliche Kanal zugänglich sein müssen, kann die Speicherzelle sehr kleine horizontale Abmessungen von etwa 15·30μηι haben. Dabei beträgt die Länge des strahlungsempfindlichen Kanals etwa 4 μπι.

Die Fig.3 zeigt die Anschaltung von Speicherzellen an die Eingänge a und b von Verknüpfungsgliedern in TTL-Technik. Das Verknüpfungsglied selbst ist dabei nur angedeutet Nach dem Anlegen de Yersorgungsspannung, an deren emitterseitigen PoI VEE alle Speicherzellen angeschlossen sind, bleiben die Eingänge des Verknüpfungsglieds auf dem höheren der binären Eingangspegel. Durch Bestrahlen können eine oder mehrere Speicherzellen in den leitenden Zustand gebracht werden und der jeweils zugeordnete Eingang des Verknüpfungsglieds nimmt den niederen Signalpegel an. Durch die aufeinanderfolgende Erzeugung des niederen Signalpegels kann mit nur einem Elektronenoder Laserstrahl ein Prüfbitmuster an die Eingänge angelegt werden. Vor dem Anlegen anderer Bitmuster müssen erst durch Wegnehmen der Versorgungsspannung die Speicherzellen gelöscht werden.

Beim Einsatz der Speicherzellen in Verbindung mit Schaltungsanordnungen in Stromschalter-(CML-)Technik werden die Anschlußpunkte A der Speicherzellen an den kollektorseitigen Pol VCC der Versorgungsspannung gelegt, wie aus Fig.4 für eine Speicherzelle ersichtlich ist Der Anschlußpunkt B liegt über einem Strombegrenzungswiderstand R am emitterseitigen Pol VEE Dar Widerstand R kann für mehrere oder alle Speicherzellen gemeinsam vorgesehen werden. Der Signaleingang c der zu prüfenden CML-Schal'ung ist über die Anschlußkontaktierung C mit einem zusätzlichen Kollektor des lateralen pnp-Tranaistors Ti verbunden. Dieser zweite Kollektor ist wegen der vergleichsweise hohen Strombelastung durch die CML-Schaltung in der Größenordnung zwischen 10 und 100 μΑ notwendig. Anderenfalls könnte die Speicherzelle durch den Elektronen- oder Laserstrahl möglicherweise nicht gesetzt werden. Im gesetzten Zustand liefert die Speicherzelle den höheren binären Signalpegel.

Im späteren, normalen Betriebszustand der fertiggestellten Chips ist nicht zu befürchten, daß die Speicherzellen gesetzt werden, da die Chip-, in ein lichtdichtes Gehäuse eingebaut werden. Anderenfalls können die strahlungsempfindlichen Kanäle durch Leiterbahnen oder spezielle Leiterflecken der zweiten Verdrahtungsebene abgedeckt werden. Zur Erhöhung der Sicherheil kann auch die gemeinsame Zuführung der Versorgungsspannung zu den Speicherzellen einseitig aufgetrennt werden.

Es wurde schon darauf hingewiesen, daß das Ausgangspotential einer Teilschaltung durch den gleichen EleK^oncnstra'.,! abge'astet werden kann τ>·· dem zuvor das Priifbitmiistcr an die Signaleingänge

angelegt wurde. Bei Anwendung eines Laserstrahls wird /ur Feststellung des Ausgangspotentials eine Meßspitze benötigt. Dies bedeutet keine ernste Schwierigkeit, weil jedenfalls die für das Anlegen des Prüfbitmusters sonst erforderlichen Meßspitzen entfallen und das Prüfen mittels Laserstrahl nicht im Vacuum erfolgen muß. Eüne wesentlich vorteilhaftere Möglichkeit besteht jedoch darin, jedem Signalausgang einen Fototransistor nachzuschalten und alle Fototransistoren einseitig mit einer gemeinsamen Abfrageleitung zu verbinden. Der Fototransistor kann ähnlich dem pnp-Transistor nach F i g. I als lateraler Transistor aufgebaut sein.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche; IO

1. Mit Hilfe eines Elektronen- oder Laserstrahls prüfbare, aus einer Vielzahl von Teilschaltungen bestehende integrierte Schaltungsanordnung in Bipolartechnik mit hohem Integrationsgrad zur Verarbeitung binärer Signale, bei der die Signaleingänge über strahlungsempfindliche Elemente mit einem vorgegebenen Potential verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindlichen Elemente eine bistabile Schaltcharakteristik aufweisen und aus je einem lateralen pnp-Transistor (TX) und einem vertikalen npn-Transistor (T2) bestehen und jeweils die Basis des einen Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Prüfung mit einem Laserstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß alle Signalausgänge der Teilschaltungen über individuelle Fototransistoren mit einer gemeinsamen Abfrageleitung verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch ! oder 2 mit Teilschaltungen in TTL-Technik, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindlichen Elemente zwischen die Signaleingänge (a, b) und dem emitterseitigen Pol (VEE) der Versorgungsspannungsquelle geschaltet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit Teilschaltungen in CML-Technik, dadurch schieden.

Obgleich die Fertigungsmethoden laufend verbessert wurden, bleibt die Ausbeute an fehlerfreien Chips wegen der ständigen Erhöhung des Integrationsgrades gering. Das gilt vor allem dann, wenn zugleich eine hohe Schaltgeschwindigkeit der Funktionsglieder gefordert wird. Dann müssen die horizontalen und vertikalen Abmessungen der Bauelemente wegen der parasitären Kapazitäten und aus Gründen der Grenzfrequenz sehr klein werden. Beide Maßnahmen führen zu einer erhöhten Fehlerrate.

Die Chips mit integrierten Schaltungen weisen zumeist neben Randzonen mit Eingangs- und Ausgangsverstärkern und anderen Spezialschaltungen einen Innenbereich auf, der eine größere Zahl identischer Teilschaltungen einschließt Die Teilschaltungen, deren Bauelemente durch Leitbahnen einer ersten Verdrahtungsebene verdrahtet sind, umfassen elementare Verknüpfungsglieder oder kleine Komplexe solcher Verknüpfungsglieder (Zellen). Die erste Verdrahtungsebene enthält auch die Leitbahnen für die Zuführung der Versorgur.gsspannungen der Teüschaitungen. Die Leitbahnen einer zweiten Verdrahtungsebene verbinden die Teilschaltungen zu dem logischen Gesamtkomplex.

Die Ausbeute an brauchbaren Cnips könnte erheblich verbessert werden durch redundante Teilschaltungen, die an Stelle von nicht funktionsfähigen Teilschaltungen unter individueller Einpassung der Leitungsführung in der zweiten Verdrahtungsebene in den Gesamtkomplex