FR2770302A1 - Procede et dispositif de mesure de tension continue de circuits, par application d'une tension pulsee et par faisceau d'electrons - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de mesure d'un niveau de tension continue à appliquer à un circuit intégré, mettant en oeuvre : - la génération d'un signal pulsé, dont la tension crête dépend de, ou représente, la tension continue, - l'application de ce signal pulsé à une zone de test, la tension de ladite zone de test variant alors suivant le signal pulsé,- la mesure de la tension de ladite zone de test par faisceau d'électrons.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE TENSION CONTINUE DE
CIRCUITS, PAR APPLICATION D'UNE TENSION PULSEE ET PAR
FAISCEAU D'ELECTRONS
Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne le domaine du test des circuits intégrés électroniques par faisceau d'électrons. Le principe d'une telle mesure, exposé dans l'article de E. MENZEL et al., intitulé "Electron
Beam Testing Techniques", paru dans Microelectronics
Engineering, vol. 16, p.3-14, 1992, March, consiste à envoyer un faisceau d'électrons sur un circuit sous tension. On réalise une détection des électrons secondaires émis, produits par le matériau lui-même. On en déduit, par un algorithme adapté, la tension en surface du circuit.

Le principe de l'interaction d'un faisceau d'électrons 2, d'énergie Eo, avec un substrat 4 va être rappelé en liaison avec les figures 1 et 2. L'énergie Eo permet au faisceau d'atteindre une certaine profondeur sous la surface du substrat 4. L'interaction électrons-matière se traduit d'une part par une émission de photons 6 et, d'autre part, par une émission d'électrons secondaires 8. Un spectre en énergie des électrons réémis (voir figure 2) comporte, outre un pic élastique 10 à la valeur de l'énergie incidente Eo, une contribution 12 d'électrons AUGER ainsi qu'une contribution 14 des électrons secondaires.

Pratiquement, le test d'un substrat 4 avec un faisceau d'électrons 2 est réalisé à l'aide d'un dispositif, ou microscope électronique à balayage, représenté schématiquement sur la figure 3. Un canon à électrons 16 génère le faisceau d'électrons 2 qui traverse successivement des lentilles électroniques 18 et des moyens 20 de déflexion du faisceau. Les électrons secondaires 8 sont détectés par un détecteur 22 dont le signal peut être représenté sur un dispositif de visualisation 24 après traitement par des moyens appropriés 26. Des moyens de synchronisation 27 permettent de synchroniser les signaux appliqués aux bobines de déflexion 20 et au dispositif de visualisation 24.

Un tel dispositif permet de visualiser les contrastes de potentiels à la surface du substrat 4.

Qualitativement, la mesure des contrastes de potentiels peut être réalisée de la manière suivante, qui va être décrite en liaison avec la figure 4. A la surface du substrat 4 sont réalisées, par exemple, des pistes conductrices 28, 30, 32, qui sont portées à des potentiels différents : par exemple la piste 30 est portée au potentiel de 5 volts tandis que les pistes 28 et 32 sont maintenues à un potentiel de 0 volt. Un faisceau primaire d'électrons 2 est envoyé sur la piste 30, ce qui conduit à l'émission d'électrons secondaires 8. Un faisceau primaire d'électrons 32 est envoyé en direction de la piste 28 et produit un faisceau d'électrons secondaires 38. La répartition du potentiel à la surface du substrat 4 détermine la répartition des surfaces équipotentielles au-dessus de ce substrat sur la figure 4, les surfaces équipotentielles à la valeur de 1 volt, 2 volts, 3 volts, 4 volts, 5 volts ont été représentées. La forme de ces équipotentielles montre que, au-dessus de la piste 30, seuls les électrons disposant d'une énergie suffisante peuvent s'échapper en direction du détecteur. Il s'établit donc une barrière de potentiel, représentée schématiquement sur la figure 4 et désignée par la référence 34, qui s'établit à une valeur déterminée par la valeur du potentiel en surface du substrat 4. Ainsi, avec l'exemple donné ci-dessus (piste 30 portée à 5 volts) la barrière de potentiel 34 s'établir à peu près à 3,5 volts et, par conséquent, seuls les électrons disposant d'une énergie supérieure à 1,5 eV peuvent contribuer au faisceau secondaire 8 et être détectés.

Dans le cas de la piste 28, maintenue au potentiel 0V, aucun effet de barrière ne se manifeste et tous les électrons secondaires, quelle que soit leur énergie, peuvent contribuer au faisceau secondaire 38.

Il en résulte différentes formes du spectre d'électrons secondaires. Dans le cas de la piste 30, portée à 5 volts, le spectre présente, côté basse énergie, une coupure à environ 1,5eV (voir figure 5A).

Dans le cas de la piste 28, portée à 0V, aucun effet de coupure ne se manifeste (voir figure 5B). Si l'on trace l'évolution de l'intensité du signal du détecteur 22 en fonction du potentiel V (en volt) de la piste testée, on obtient donc, pour un environnement électrique donné, une courbe du type de celle illustrée sur la figure 5C : plus le potentiel de la piste est faible, plus le signal détecté est important.

Selon une variante, illustrée sur la figure 6, un filtre électrostatique est imposé sur le trajet des électrons secondaires, et est porté à un potentiel Vf.

La piste est portée à un potentiel Vp et les électrons doivent avoir une énergie suffisante pour franchir, outre la barrière d'extraction au potentiel Vext, la barrière électrostatique au potentiel Vf. Les électrons, une fois passé le filtre, sont ensuite accélérés en direction du détecteur 8. Celui-ci fournit un signal d'intensité I dépendant de la différence Vp -
Vf.

Avec un dispositif classique, on ne peut mesurer des niveaux continus. Par exemple, on ne peut mesurer des tensions d'alimentation continues sur un rail d'alimentation d'un circuit. On ne réalise donc que des mesures de variation du potentiel de surface, d'un point à un autre de la surface d'un substrat ou d'un circuit intégré, ou des variations de potentiel en un certain point de la surface d'un instant à l'autre.

Le déplacement du faisceau d'un point à un autre est réalisé par commande électronique et par un programme adapté. Par ailleurs, le dispositif ne met en oeuvre qu'un seul canal d'analyse. Une mesure entre deux points d'une surface d'un circuit met donc en oeuvre trois étapes principales - on réalise une mesure en un premier point, avec un
dispositif n'ayant qu'un seul canal d'analyse. On
peut observer une forme d'onde correspondante ; et on
utilise couramment, pour ces formes d'onde, des
échelles de l'ordre de quelques nanosecondes par
division, - on réalise un déplacement, assez lent, du premier
point vers un second point d'analyse, - on réalise une autre mesure lorsque le faisceau est
positionné sur le deuxième point.

Ainsi, on obtient une indication sur la variation relative de phase entre les deux points.

Pour la mesure des niveaux de tension continus, on introduit une pointe mécanique qui vient en contact avec la piste conductrice. Cette technique comporte un risque de destruction locale du circuit.

On conjugue les mesures mettant en oeuvre une pointe mécanique (pour les niveaux de tension continus) et un faisceau d'électrons (pour la mesure des variations de tension en surface du circuit) lorsqu'on réalise des tests de circuits intégrés dans un boîtier.

Il se pose donc le problème de trouver une méthode et un dispositif de test sans contact des niveaux continus de tensions appliquées à un circuit.

Exposé de l'invention
L'invention a donc pour objet un dispositif et un procédé permettant de réaliser, à l'aide d'un faisceau d'électrons, un test des niveaux des potentiels continus d'un circuit intégré.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mesure d'un niveau de tension continue à appliquer à un circuit intégré, mettant en oeuvre - la génération d'un signal pulsé, dont la tension
crête dépend de, ou représente, la tension continue, - l'application de ce signal pulsé à une zone de test,
la tension de ladite zone de test variant alors
suivant le signal pulsé, - la mesure de la tension de ladite zone de test par
faisceau d'électrons.

Par ce procédé, on transforme la tension continue à appliquer à une zone du circuit intégré, en une tension pulsée. Il est alors possible de réaliser une mesure par faisceaux d'électrons, dont le principe a déjà été exposé ci-dessus.

La tension continue peut être par exemple appliquée à des moyens inverseurs commandés par une horloge.

La zone de test du circuit intégré peut être sans couche superficielle de passivation.

Le circuit intégré peut être réalisé en technologie CMOS.

L'invention concerne également un dispositif de mesure d'un niveau de tension continue d'un circuit intégré, comportant - des moyens pour engendrer une tension continue, - des moyens inverseurs, alimentés par les moyens pour
engendrer une tension continue, - des moyens pour envoyer au circuit inverseur un
signal impulsionnel, le circuit inverseur pouvant
donc produire des impulsions de tension dont
l'amplitude maximale correspond à la tension
continue, - des moyens de contact pour transmettre un signal
impulsionnel produit par le circuit inverseur à un
circuit intégré.

Les moyens pour engendrer une tension continue et les moyens inverseurs pouvant être réalisés sous la forme d'un circuit intégré commun.

Brève description des figures
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels
- Les figures 1 et 2 illustrent les phénomènes se produisant lors de l'interaction entre un faisceau d'électrons et un substrat.

- La figure 3 représente un dispositif du type microscope électronique à balayage, selon l'art antérieur.

- La figure 4 illustre le principe d'une mesure par faisceau d'électrons en surface d'un substrat muni de pistes conductrices.

- Les figures 5A à 5C représentent des spectres d'électrons secondaires et le signal d'un détecteur en fonction de la tension en surface d'un substrat.

- La figure 6 illustre une autre technique de mesure, selon l'art antérieur.

- La figure 7 illustre le principe d'un procédé de mesure selon l'invention.

- La figure 8 représente un dispositif inverseur d'un dispositif selon l'invention.

- La figure 9 représente une vue en coupe d'un circuit intégré auquel est appliqué un procédé de mesure selon l'invention.

Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Le procédé de mesure selon l'invention est illustré sur la figure 7. La référence 50 désigne un circuit à tester auquel est normalement appliqué une tension continue délivrée par un générateur de tension 52. Conformément à l'invention, on applique la tension de ce générateur 52 à un circuit inverseur 54. La source 52 constitue donc la source de polarisation de l'inverseur 54, à l'entrée duquel on applique par ailleurs les impulsions délivrées par exemple par une horloge 56. Le dispositif 54 produit donc, à sa sortie
S, un signal 60, d'impulsions ayant la même fréquence que les impulsions délivrées par l'horloge 56, mais ayant une amplitude V sensiblement égale à la tension délivrée par la source 52.

Cette tension pulsée, d'amplitude V, est appliquée à la zone A du circuit 50 à tester.

Préalablement, on aura dépourvu la zone à tester de toute couche de passivation. On applique ensuite à cette zone à tester un faisceau d'électrons et on effectue une mesure conformément à ce qui a été décrit dessus, par exemple en liaison avec la figure 3. Le signal délivré par le détecteur d'électrons secondaire présente la forme représentée sur la figure 7 l'intensité I est constituée d'un train d'impulsions à la fréquence imposée par l'horloge 56. L'amplitude de ce signal correspond à la tension V délivrée par la source 52, si le circuit fonctionne correctement. Si la zone à tester est défaillante, l'amplitude du signal délivré par le détecteur d'électrons secondaire est plus importante, conformément à ce qui a été expliqué ci-dessus en liaison avec la figure 5C.

La figure 8 représente schématiquement le détail d'un inverseur 54 pouvant être utilisé dans le cadre de la présente invention. Sur la figure 8, des références numériques identiques à celles de la figure 7 y désignent des éléments identiques ou correspondants. L'inverseur est essentiellement constitué d'un premier et d'un second transistors MOS 56, 58. Le caisson du transistor 56 est porté à une tension Vdd, sa source étant reliée au générateur de tension 52. L'horloge 56 délivre des impulsions aux drains des deux transistors 56, 58. Au bas des impulsions, le transistor 58 est bloqué mais le transistor 56 conduit. Donc la tension de sortie ACout est au niveau haut, ce niveau étant déterminé par le niveau de tension délivré par la source 52. Lorsque les impulsions de l'horloge sont au niveau haut le transistor 58 conduit le transistor 56 est bloqué. La tension de sortie ACout est alors au niveau bas.

L'invention s'applique par exemple à un circuit 50 présentant un certain nombres de niveaux de métallisation isolées entre elles par des couches d'oxyde, par exemple 5 à 6 niveaux de métallisation reliés entre eux, par exemple, par des conducteurs au tungstène réalisés dans vias des couches d'oxyde. Un tel circuit peut être celui d'une mémoire DRAM reliée à plusieurs générateurs de tension fixe, de l'ordre de 2 volts ou 2,5 volts. Le procédé selon l'invention permet de déterminer si la tension appliquée à une zone spécifique du circuit correspond bien à la tension délivrée par l'un ou l'autre des générateurs de tension.

La figure 9 représente une vue en coupe d'un circuit intégré 50 à cinq niveaux de métallisation 60, 62, 64, 66, 68. Des couches isolantes 61, 63, 65, 67 séparent deux couches conductrices voisines. Elles sont traversées par des connexions au tungstène 70, 72, 74, 76. La couche supérieure 60 est recouverte d'une couche 78 de passivation qui a été dégagée par gravure dans une zone de test 80. Le train d'impulsion délivré par l'inverseur 54 est appliqué à la couche 68 inférieure.

Si le circuit fonctionne correctement, le même train d'impulsion se retrouve dans la piste conductrice 60, sous la zone 80. La mesure de la tension, dans cette partie de la piste 60, est réalisée par faisceaux d'électrons. Comme la tension appliquée est constituée, en principe, d'impulsions de tension, la technique de mesure par faisceau d'électrons est tout à fait adaptée. il n'est donc pas nécessaire de recourir à une technique de mesure par contact.

L'ensemble des moyens représentés sur la figure 8 peut être réalisé sous la forme d'un circuit intégré comportant non seulement le circuit inverseur 54 mais également la source 52 et l'horloge 56. L'ensemble peut lui-meme être réalisé en même temps que le circuit intégré à tester, auquel il est donc associé. Le dispositif est alors utilisable en suivi technologique, afin de suivre l'évolution des procédés de réalisation.

Quel que soit le procédé employé, le dispositif de mesure reste identique. On peut également utiliser un tel dispositif pour la validation et la caractérisation fines, internes, de circuits prototypes.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure d'un niveau de tension continue à appliquer à un circuit intégré, mettant en oeuvre - la génération d'un signal pulsé, dont la tension

crête dépend de, ou représente, la tension continue, - l'application de ce signal pulsé à une zone de test,

la tension de ladite zone de test variant alors

suivant le signal pulsé, - la mesure de la tension de ladite zone de test par

faisceau d'électrons.

2. Procédé selon la revendication 1, la tension continue étant appliquée à des moyens inverseurs (54) commandés par une horloge (56).

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, la zone de test (80) du circuit intégré étant sans couche superficielle de passivation.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, le circuit intégré testé étant réalisé en technologie CMOS.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, le circuit intégré testé comportant plusieurs niveaux de métallisation (60, 62, 64, 66, 68) séparés par des couches d'oxyde (61, 63, 65, 67).

6. Dispositif de mesure d'un niveau de tension continue d'un circuit intégré, comportant : - des moyens pour engendrer une tension continue, - des moyens inverseurs, alimentés par les moyens pour

engendrer une tension continue, - des moyens pour envoyer au circuit inverseur un

signal impulsionnel, le circuit inverseur pouvant

donc produire des impulsions de tension dont

l'amplitude maximale correspond à la tension

continue, - des moyens de contact pour transmettre un signal

impulsionnel produit par le circuit inverseur à un

circuit intégré.

7. Dispositif selon la revendication 6, les moyens pour engendrer une tension continue et les moyens inverseurs étant réalisés sous la forme d'un circuit intégré commun.