JP3167916B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP3167916B2 JP05438296A JP5438296A JP3167916B2 JP 3167916 B2 JP3167916 B2 JP 3167916B2 JP 05438296 A JP05438296 A JP 05438296A JP 5438296 A JP5438296 A JP 5438296A JP 3167916 B2 JP3167916 B2 JP 3167916B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線部のプロセス
異常の検出とゲート遅延時間の測定とを同時に行うこと
ができる試験用回路を内蔵させた半導体集積回路に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、LSIチップの製造工程において
製造バラツキ等が特性範囲内にあるかどうかを確認する
ために、図2に示すように、LSIウェハ21上に、製
品となるLSIチップ22とは別に、モニタチップと呼
ばれる前半特性評価専用のLSI23を搭載し、ウェハ
完成後に該モニタチップを測定し評価を行っている。モ
ニタチップとは、各種の抵抗、線幅、トランジスタの閾
値電圧を測定するための専用回路が搭載されているチッ
プであり、LSIウェハ上に所定の間隔で数カ所配置さ
れる。
【0003】また、特開平1−187968号公報に示
されるように、各LSIチップに、予めリングオシレー
タを搭載し、一段あたりのゲート遅延時間を計測してい
る例はあるが、配線部の層間絶縁膜或は配線自身のプロ
セス起因の故障(短絡、断線)について判定する方法・
回路は考案されていない。以下、上記公開公報に示され
るチップ単位での遅延時間測定の例を図3を参照して説
明する。図において、31はLSIの入力端子、32は
同出力端子、331,332,333,…,33nはリン
グオシレータを構成する奇数段のナンドゲート、34は
分周器である。いま、分周器の分周比を1/2mとする
と、入力端子31に“H”レベルの信号を加えてから、
分周器34の出力が反転するまでの遅延時間Tを測定す
ることにより、ナンドゲート331〜33nの一段あた
りの遅延時間t0は、t0=T/(2m・n)によって求
められる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のモニタチップを
用いた特性測定方法の場合では、全ての特性項目の評価
が可能であるが、これらのモニタチップは本来製造する
LSIチップと異なり、特性評価専用のためにウェハ上
に数チップ配置されているだけなため、傾向的な特性し
かわからない。従って、ウェハ全体のバラツキを完全に
知ることができない。
【0005】近年のLSI回路は、ウェハプロセスの微
細化による大規模化、及び高集積化に伴い、従来に増し
て一層、特性の変動に対するLSIチップの動作の受け
る影響が無視できないものとなっている。
【0006】高集積化されたLSIの場合、内部回路動
作の複雑化にともない故障検出のためのテストパターン
作成は、非常に多大な労力を要している。更に、動作検
証を行うに当たって考慮されるのは、“0(L)”、
“1(H)”の縮退故障のみであり、断線等のオープン
不良を検出するパターン作成は不可能である。出荷検査
等のテストを行う際には、高速化する(LSIチップ)
回路の高速、高精度テストを行うことは非常に高価な装
置が必要であり、今後ますます高速化するLSIチップ
回路を容易かつ従来の装置で安価に測定する手段の提供
が必要不可欠になる。
【0007】すなわち、ウェハ製造プロセスに起因した
断線(オープン)、短絡(ショート)故障の有無を、複
雑なテストパターンを作成及び、高価な装置を使うこと
なく、容易にかつ安価に測定する手段の提供が不可欠と
なる。
【0008】ウェハプロセスにおける配線においては、
各種のプロセス起因の故障が発生する可能性がある。例
えば、段差による断線、層間絶縁膜異常による、1層目
及び2層目配線間の短絡等である。これらの故障は、配
線の材質(金属、ポリシリコン等)によらず、断線や短
絡が発生する可能性があり、これらの故障検出は膨大な
機能動作確認用のテストパターンを作成し、高価なテス
ト装置を用いなければ検出することが不可能である。
【0009】従って、これらのウェハ製造プロセス起因
の故障検出及び、遅延時間の測定を、ウェハ上の各チッ
プ単位で容易に判定する方法が必要不可欠なものとな
る。
【0010】本発明は上記の要求を満足させる試験用回
路を内蔵させた半導体集積回路を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
は、交差配線部と、該交差配線部の周囲に配置された複
数段のインバータ機能回路からなる遅延回路とを含む試
験用回路を設けてなることを特徴とするものである。上
記遅延回路は、その前半部分に設けられる複数のインバ
ータ回路と、その後半部分に設けられる、活性化信号入
力時にインバータ回路として機能する複数の論理回路と
を含み、該各論理回路の上記活性化信号が、上記交差配
線部の各配線を介して、それぞれ対応する上記インバー
タ回路から供給される構成となっている。
【0012】上記試験用回路の交差配線部に断線、短絡
等の異常が生じていなければ、活性化信号の供給が正常
に行われ、遅延回路が正常に動作する。したがって、遅
延回路の初段インバータ回路に所定の試験用信号を与え
てから、所定の時間後に、最終段の論理回路出力に所定
のレベル変化が生じる。このレベル変化により交差配線
部に異常の生じていないことが分かる。また、その所要
時間を測定し、遅延回路のゲート段数で割ることによ
り、一段当たりのゲート遅延時間が求められる。一方、
交差配線部に断線、短絡等の異常が生じていれば、上記
活性化信号の供給が正常に行われない。したがって、遅
延回路が正常に動作せず、所定の出力が生じない。これ
により、交差配線部に異常が生じていることが分かる。
【0013】すなわち、本発明に係る上記試験用回路を
各LSIに内蔵させることにより、極めて簡単な構成
で、且つ、容易に、チップ単位での、配線部の異常検出
と、ゲート遅延時間の測定が可能になるものである。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について説明する。
【0015】図1は、本発明に係る半導体集積回路に内
蔵される試験用回路の構成図であり、図1に示す回路が
各LSI毎に内蔵される。
【0016】中央部に、それぞれ5本の横方向配線11
1,…,115及び縦方向配線116,…,1110が交差
状に配置された交差配線部11が設けられる。上記横方
向配線及び縦方向配線は、何れか一方が1層目配線、他
方が2層目配線であり、間に層間絶縁膜を有する。この
交差配線部11は、半導体集積回路の本来の回路を構成
する1層目配線、層間絶縁膜及び2層目配線の形成時に
同時に形成される。したがって、プロセス異常により本
来の配線部に断線、短絡等の異常が生じていれば、上記
試験用回路部の交差配線部にも同様の異常が生じ、一
方、本来の配線部に異常が生じていなければ、試験用回
路部の交差配線部にも異常が生じないものとなる。
【0017】上記交差配線部11の周囲には、10段の
インバータ回路121,…,1210と、9段の論理積回
路1211,…,1219及び1段の否定論理積回路1220
とから成る遅延回路12が設けられており、初段インバ
ータ回路121の入力は、半導体集積回路の入力端子1
3に、また、最終段の否定論理積回路1220の出力は半
導体集積回路の出力端子14に接続されている。
【0018】上記論理積回路1211,…,1219及び否
定論理積回路1220は、それぞれ、“L”レベル又は
“H”レベルの活性化信号入力時にインバータ回路とし
て機能するものであり、上記活性化信号は、上記交差配
線部11の各配線を介して、それぞれ対応するインバー
タ回路121,…,1210から供給される構成となって
いる。例えば、論理積回路1211の活性化信号(“L”
レベル)はインバータ回路125より供給される。ま
た、論理積回路1215の活性化信号(“L”レベル)は
インバータ回路121より、論理積回路1216の活性化
信号(“H”レベル)はインバータ回路1210より、更
に、否定論理積回路1220の活性化信号(“H”レベ
ル)はインバータ回路126より供給される。
【0019】上記試験用回路により試験を行う場合、入
力端子13に、“L”レベルから“H”レベルに変化す
るテスト用信号を入力する。交差配線部11に断線、短
絡等の異常が無ければ、各論理積回路1211,…,12
19及び否定論理積回路1220に、活性化信号が正常に供
給されるため、出力端子14の信号出力は、所定時間後
に“L”レベルに変化する。これにより、交差配線部1
1に配線異常が存在しないこと、従って、本来の回路の
配線部にも断線等の異常が存在しないことが分かる。ま
た、入力端子13に“H”レベルの信号を入力してか
ら、出力端子14の信号出力レベルが“L”レベルに変
化するまでの所要時間を測定し、これをゲート段数で除
することにより、ゲート一段あたりの遅延時間を求める
ことができる。
【0020】一方、プロセス異常が生じ、段差による断
線、若しくはその他の原因による断線又は層間異常によ
る短絡が生じていた場合は、1又は2以上の活性化信号
が正常に供給されなくなり、遅延回路12は正常に動作
せず、出力端子14に所定の出力が得られない。これに
より、配線異常が生じていることが分かる。
【0021】図4に試験用回路の他の構成例を示す。
【0022】中央部に、横方向4本の配線411,…,
414と縦方向3本の配線415,…,417とが交差状
に配置された交差配線部41が設けられる。上記横方向
配線及び縦方向配線は、何れか一方が1層目配線、他方
が2層目配線であり、間に層間絶縁膜を有する。この交
差配線部41は、半導体集積回路の本来の回路部を構成
する配線部の形成時に同時に形成される。
【0023】上記交差配線部41の周囲には、14段の
インバータ回路421,…,4214と、7段の論理積回
路4215,…,4221とから成る遅延回路42が設けら
れており、初段インバータ回路421の入力は半導体集
積回路の入力端子43に、また、最終段の論理積回路4
21の出力は半導体集積回路の出力端子44に接続され
ている。
【0024】上記論理積回路4215,…,4221は、そ
れぞれ、“H”レベルの活性化信号入力時にインバータ
回路として機能するものであり、上記活性化信号は、上
記交差配線部41の各配線を介して、それぞれ対応する
偶数段目のインバータ回路422,…,4214から供給
される構成となっている。
【0025】上記試験用回路により試験を行う場合、入
力端子43に、“L”レベルから“H”レベルに変化す
るテスト用信号を入力する。交差配線部41に異常が無
ければ、各論理積回路4215,…,4221に活性化信号
が正常に供給されるため、出力端子44の信号出力は、
所定時間後に“L”レベルに変化する。これにより、交
差配線部41に配線異常が存在しないこと、したがっ
て、本来の回路の配線部にも断線等の異常が存在しない
ことが分かる。また、入力端子43に“H“レベルの信
号を入力してから、出力端子44の信号出力レベルが
“L”レベルに変化するまでの所要時間を測定し、これ
をゲート段数で除することにより、ゲート一段あたりの
遅延時間を求めることができる。一方、プロセス異常が
生じ、段差による断線等又は層間異常による短絡が生じ
ていた場合は、1又は2以上の活性化信号が正常に供給
されなくなり、遅延回路42は正常に動作せず、出力端
子44に所定の出力が得られない。これにより、配線異
常が生じていることが分かる。
【0026】上記実施形態は何れも2層配線の例であっ
たが、本来の回路部が3層以上の多層配線で形成される
ものにおいては、試験用回路の交差配線部も同一工程を
用いて3層以上に形成する。
【0027】また、交差配線部の配線の本数、及びイン
バータ回路、論理積回路(否定論理積回路)の段数は、
適宜任意の値に設定することができる。
【0028】図5は、図4の構成に於いて、活性化信号
の切り換え回路を設け、出力端子44と入力端子43を
接続してリングオシレータとして動作させることを可能
とした場合の構成図である。51及び52は、アナログ
スイッチであり、アナログスイッチ51は制御入力(i
n)=Hでオンとなり、アナログスイッチ52は制御入
力(in)=Lでオンとなる。
【0029】交差配線部に異常が無ければ、リングオシ
レータは正常に動作し、出力端子に発振信号が得られ
る。また、その周期を測定することによりゲート遅延時
間を求めることができる。
【0030】
【発明の効果】本発明を用いることにより、大幅な回路
増加をすることなく、通常は検出するために多大な労力
と高価な検査装置を使用しなければならないウェハ製造
時のプロセス起因による配線の断線・短絡故障を容易に
検出することが可能となるだけでなく、プロセスの特性
起因による内部遅延時間の測定・評価をLSIチップ個
別に実施することが可能となる。
【0031】今後、ますます高集積化、微細化されるL
SI配線の微細化、多層化に対して本発明の小規模な回
路を付加するだけで、容易に、配線に使用する材質、層
数によらずLSIチップを個別に評価・判定を行うこと
を可能とする。
【0032】図6は通常テスト項目を示すフローチャー
トである。上記の通常テスト項目において、のロジッ
ク部機能テストは、回路の機能動作を確認するために行
うものであり、のACテストは、LSIのAC仕様を
満足することを確認するものである。
【0033】ますます高速化するLSIのAC仕様を出
荷検査時に検査するためには、量産用として、高機能な
検査装置を準備する必要がある。大規模、高速デバイス
の検査に用いられる高機能な検査装置(テスタ)は、従
来のテスタに比較して非常に高価なものになってきてい
るため、量産用に大量に購入した場合の設備投資は膨大
なものとなってしまう。
【0034】従って、AC仕様テストを、チップ上に搭
載されたテスト用回路の特性(遅延)検査で代用するこ
とにより、新規に高機能・高価なテスタを購入すること
なく既存の従来テスタで検査を行うことができるだけで
なく、出荷検査のAC仕様テストを省略することが可能
となるため、テスト時間の短縮をはかることができる。
【0035】更に、特性検査用回路の動作を確認するこ
とにより、プロセス起因の配線トラブル、メタルのエッ
チング不良によるショート、段差での断線があった場合
には、LSI内部の機能検査を詳細に行うことなく容易
に不良判定を行うことを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体集積回路に内蔵される試験
用回路の構成図である。
【図2】モニタチップが形成されたLSIウェハの平面
図である。
【図3】従来の半導体集積回路に内蔵されるゲート遅延
時間測定用試験回路の構成図である。
【図4】本発明に係る半導体集積回路に内蔵される試験
用回路の他の例の構成図である。
【図5】本発明に係る半導体集積回路に内蔵される試験
用回路の更に他の例の構成図である。
【図6】通常テスト項目を示すフローチャートである。
【符号の説明】
11 交差配線部 111,…,115 横方向配線 116,…,1110 縦方向配線 12 遅延回路 121,…,1210 インバータ回路 1211,…,1219 論理積回路 1220 否定論理積回路 13 入力端子 14 出力端子 41 交差配線部 411,…,414 横方向配線 415,…,417 縦方向配線 42 遅延回路 421,…,4214 インバータ回路 4215,…,4221 論理積回路 43 入力端子 44 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/04 G01R 31/28 H01L 21/66 H01L 21/822

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交差配線部と、該交差配線部の周囲に配
    置された複数段のインバータ機能回路からなる遅延回路
    とを含む試験用回路であって、上記遅延回路は、その前
    半部分に設けられる複数のインバータ回路と、その後半
    部分に設けられる、活性化信号入力時にインバータ回路
    として機能する複数の論理回路とを含み、上記後半部分
    に設けられる複数の論理回路を構成する各論理回路の上
    記活性化信号が、それぞれ、上記交差配線部の各配線を
    介して、それぞれ対応する上記前半部分のインバータ回
    路から供給される試験用回路を設けて成ることを特徴と
    する半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 上記後半部分の各論理回路に上記活性化
    信号を供給する上記前半部分のインバータ回路を切り換
    える活性化信号切り換え回路を設けて成ることを特徴と
    ずる、請求項1に記載の半導体集積回路。
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