KR100529615B1 - 트랜지스터들의 열화정도를 측정할 수 있는 테스트회로 - Google Patents

트랜지스터들의 열화정도를 측정할 수 있는 테스트회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 동시에 여러 트랜지스터 소자에 각기 다른 조건의 전기적인 스트레스를 인가할 수 있는 테스트 회로를 제공한다.
본 발명에 따른 복수의 트랜지스터의 열화정도를 측정할 수 있는 테스트회로는, 복수의 트랜지스터의 각 단자에 연결할 수 있는 복수개의 접촉패드가 마련되고, 테스트를 위하여 인가되는 전압을 저항비에 의해 분배하여 복수의 트랜지스터의 게이트에 각각 인가되도록 각 트랜지스터의 게이트 사이에 연결된 복수개의 제1저항소자들을 포함한다. 또한, 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압이 전압강하되어 해당 트랜지스터의 드레인에 인가되도록 복수의 트랜지스터의 게이트전극과 드레인전극 사이에 각각 연결된 복수의 제2저항소자들을 포함한다.

Description

트랜지스터들의 열화정도를 측정할 수 있는 테스트회로{Test circuit for measuring degradation of transistors}
본 발명은 여러 트랜지스터의 열화정도를 동시에 측정하기 위한 테스트 회로에 관한 것으로, 특히 각각의 트랜지스터의 게이트와 드레인에 전압이 다르게 인가되도록 하여 짧은 시간에 여러개의 트랜지스터의 열화정도를 측정할 수 있는 테스트 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 트랜지스터의 열화 정도는 게이트와 드레인에 가해주는 전압에 따라 발생되는 열화정도를 측정함으로써 알 수가 있다.
도 1은 트랜지스터의 열화정도를 측정하기 위하여 일반적으로 사용되는 테스트회로의 등가회로도이다.
도 1에서와 같이, 트랜지스터의 열화정도를 측정하기 위한 테스트 회로는 트랜지스터의 게이트전극에 소정의 전압(예컨대 2V)을, 드레인전극에는 소정의 전압(예컨대, 4.5V)을 인가하도록 구성된다. 트랜지스터에 전기적인 스트레스를 가한 후, 트랜지스터의 소자파라미터인 드레인전류를 검출하여 소자가 열화하는 정도를 측정한다.
하나의 전기적 스트레스조건에 대한 트랜지스터의 소자파라미터의 측정이 완료된 후, 다른 트랜지스터 소자에 다른 전기적 스트레스 조건(예 : 5V의 드레인 전압과 2.5V의 게이트 전압)을 인가하고 프로브카드(probe card)를 이용하여 드레인전류를 검출하여 열화정도를 측정한다.
이와 같이, 순차적으로 측정하고자 하는 모든 전기적 스트레스 조건에 대하여 트랜지스터의 드레인전류를 각각 검출함으로써 트랜지스터의 열화정도 및 수명(lifetime)을 측정하였다.
그러나, 도 1과 같은 테스트회로에 의해 트랜지스터의 수명(lifetime)을 측정하기 위하여, 하나의 트랜지스터에 한가지 조건의 전기적 스트레스를 인가하여 열화 정도를 측정하여야 한다. 따라서 각각의 스트레스 조건에 대하여 10%의 드레인 포화전류(IDSAT)가 되는 시간을 구하는 데는 상당한 시간(최소 3시간)이 소요된다.
또한, 정확한 트랜지스터의 수명(lifetime)을 측정하기 위해서는 여러 가지 조건에서 트랜지스터 소자의 열화를 측정해야 되기 때문에 그 소자의 개수만큼 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 동시에 여러 트랜지스터 소자에 각기 다른 조건의 전기적인 스트레스를 인가할 수 있는 테스트 회로를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 첫째 특징에 따른 테스트회로는, 복수의 트랜지스터의 열화정도를 측정하는 테스트회로로서,
상기 복수의 트랜지스터의 각 단자에 연결할 수 있는 복수개의 접촉패드;
인가되는 전압을 저항비에 의해 분배하여 상기 복수의 트랜지스터의 게이트에 각각 인가되도록 연결된 복수개의 제1저항소자들; 및
트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압이 전압강하되어 해당 트랜지스터의 드레인에 인가되도록 복수의 트랜지스터의 게이트전극과 드레인전극 사이에 각각 연결된 복수의 제2저항소자들을 포함한다.
상기 접촉패드는 각 트랜지스터의 게이트에 인가될 최고 전압을 인가하기 위한 게이트펄스패드 및 게이트 벌크패드를 포함할 수 있다.
상기 복수의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압들 상호간의 전압차는 모두 동일할 수 있다.
상기 복수의 트랜지스터의 드레인에 인가되는 전압들 상호간의 전압차는 모두 동일할 수 있다.
본 발명의 첫째 특징에 따른 집적회로는, 복수의 트랜지스터 및 상기 복수의 트랜지스터의 열화정도 테스트하는 테스트회로가 집적된 집적회로로서,
상기 테스트회로는,
상기 복수의 트랜지스터의 각 단자에 연결할 수 있는 복수개의 접촉패드;
인가되는 전압을 저항비에 의해 분배하여 상기 복수의 트랜지스터의 게이트에 각각 인가되도록 연결된 복수개의 제1저항소자들; 및
트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압이 전압강하되어 해당 트랜지스터의 드레인에 인가되도록 복수의 트랜지스터의 게이트전극과 드레인전극 사이에 각각 연결된 복수의 제2저항소자들을 포함한다.
상기 접촉패드는 각 트랜지스터의 게이트에 인가될 최고 전압을 인가하기 위한 게이트펄스패드 및 게이트벌크패드를 포함할 수 있다.
상기 복수의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압들 상호간의 전압차는 모두 동일할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 테스트회로에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의해 동시에 복수개의 트랜지스터의 열화 정도를 측정할 수 있는 테스트 회로(100)의 등가회로도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 테스트회로(100)은, 4개의 트랜지스터(DUT1 ~ DUT4)의 각 전극들(게이트, 소스, 드레인 및 기판)을 연결하는 패드들(G1~G4, S1~S4, D1~D4, B1~B4); 각 트랜지스터의 게이트전극 및 드레인전극에 특정 전압을 인가하기 위한 패드(Gp, Bp); 패드(Gp)와 패드(Bp)를 연결하며 각 트랜지스터의 게이트 사이에 저항소자(R1~R3)가 마련된 연결선(L1); 및 연결선(L1)과 각 드레인전극 사이에 개재된 저항소자(R4~R7)를 포함한다.
구체적으로, 테스트회로(100)은 각 트랜지스터(DUT1 ~ DUT4)의 소스전극패드(S1~S4), 각 트랜지스터의 드레인패드(D1~D4), 각 트랜지스터의 게이트패드(G1~G4) 및 각 트랜지스터의 기판패드(B1~B4)를 포함한다.
게이트펄스패드(Gp) 및 게이트벌크패드(Bp)는 연결선(L1)에 의해 접속된다. 연결선(L1)은 각 트랜지스터의 게이트전극에 접속되는 노드(N1~N4)를 포함하며, 노드(N1)와 노드(N2) 사이에 접속되는 저항소자(R1), 노드(N2)와 노드(N3) 사이에 접속되는 저항소자(R2), 노드(N3)와 노드(N4) 사이에 접속되는 저항소자(R3)를 포함한다.
또한 연결선(L1)은, 저항소자(R4)를 개재하여 트랜지스터(DUT1)의 드레인에, 저항소자(R5)를 개재하여 트랜지스터(DUT2)의 드레인에, 저항소자(R6)를 개재하여 트랜지스터(DUT3)의 드레인에, 저항소자(R7)를 개재하여 트랜지스터(DUT4)의 드레인에 접속된다. 따라서, 패드(Gp)와 패드(Bp)에 특정 전압차를 인가함으로써 각 트랜지스터의 게이트 및 드레인전극에 소정의 전압이 인가된다.
다음으로, 본 발명에 테스트회로의 동작상태를 설명한다.
먼저, 저항소자(R1~R3)에 의해 각 노드(N1~N4) 사이에는 소정의 전압차가 발생되어 각 트랜지스터의 게이트단자에 각각 다른 전압이 인가된다. 예컨대, 패드(Gp)에 4.0V의 전압을 인가하고 각 노드(N1~N4) 사이에 0.2V의 전압차가 발생하도록 하면, 트랜지스터(DUT1)의 게이트에는 4.0V의 전압이 인가되고, 트랜지스터(DUT2)의 게이트에는 3.8V의 전압이 인가되고, 트랜지스터(DUT3)의 게이트에는 3.6V의 전압이 인가되며, 트랜지스터(DUT4)의 게이트에는 3.4V의 전압이 인가된다.
또한, 저항소자(R4~R7)에 의해 각 노드(N1~N4)와 각 트랜지스터의 드레인단자 사이에 소정의 전압차가 발생되어 각 트랜지스터의 드레인단자에도 각각 다른 전압이 인가된다. 예컨대, 패드(Gp)에 4.0V의 전압을 인가하고, 각 노드와 트랜지스터의 드레인 사이의 전압차를 2.0V로 하면, 각 노드(N1)의 전압은 4.0V이고, 트랜지스터(DUT1)의 드레인의 전압은 저항소자(R4)에 의해 2.0V가 된다. 그리고, 트랜지스터(DUT2)의 드레인에는 1.8V의 전압이 인가되고, 트랜지스터(DUT3)의 드레인에는 1.6V의 전압이 인가되며, 트랜지스터(DUT4)의 드레인에는 1.4V의 전압이 인가된다. 이 때, 기판패드(B1, B2, B3, B4)와 소스패드(S1, S2, S3, S4)는 접지(ground)된다.
이와 같이 각 트랜지스터의 게이트 및 드레인전극에 스트레스를 인가한 후에 소자파라미터인 드레인전류를 측정한다. 즉, 각 트랜지스터(DUT1, DUT2, DUT3, DUT4)마다 포화전류(Idsat) 및 문턱전압(Vth) 등 소자특성을 나타내는 변수들을 측정하면 된다.
구체적으로, 트랜지스터의 열화정도는 포화드레인전류를 검출함으로써 측정될 수 있다. 이 전류는 동작전압(operation voltage, Vop)에서 측정해야 하며, 측정조건은 드레인전압(Vd)과 게이트전압(Vg)이 동작전압(Vop)과 동일하고, 소스전압(Vs)과 기판벌크전압(Vb)이 0V이다. 예컨대, 트랜지스터(DUT1)의 소스패드(S1), 기판패드(B1)는 0V이고, 게이트패드(D1)와 드레인패드(D1)에 동작전압(Vop)을 인가한 후, 드레인전류를 측정한다.
같은 방법으로, 트랜지스터들(DUT2~4)에서도 드레인전류를 시간의 함수로 측정하여 초기값과 대비하여 감소되는 정도를 비율로 나타내어 수명을 측정한다.
열하정도를 측정하는 척도는 트랜지스터의 드레인전류 및 문턱전압의 초기값에 대하여 시간에 따라 변화하는 정도를 %로 나타내어 분석하는 것이다. 각 스트레스 조건에 대하여 10%열화되는 값(시간)을 기준(criterion)으로 설정하여 수명을 측정하게 된다. 포화전류는 문턱전압의 함수로 나타나며, 문턱전압은 강한 역전이 발생하는 전압을 의미하며 이 값은 드레인전류-게이트전압 곡선에서 측정할 수 있다.
이와 같이, 하나의 테스트회로를 이용하여 복수의 트랜지스터의 열화정도를 동시에 측정할 수 있어, 짧은 시간에 효율적으로 트랜지스터의 열화정도에 의한 열화정도 및 수명평가가 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 열화정도 측정을 위한 테스트 회로는 한가지 조건(최고 게이트 전압과 최고 드레인 전압)의 스트레스를 인가하면, 여러 개의 트랜지스터 소자에 각각 다른 스트레스조건이 인가되어 모든 조건에 대한 트랜지스터 소자의 열화 정도를 동시에 측정할 수 있다.
따라서, 종래의 트랜지스터 소자 하나를 측정하는 시간으로 여러 개의 소자를 동시에 측정할 수 있게 되어 시간적인 손실을 줄여 작업 효율을 높힐 수 있다.
또한, 각 트랜지스터의 게이트전극이나 드레인전극에 특정 전압강하가 발생하도록 저항을 연결함으로써, 용이하게 테스트회로를 구현할 수 있다.
도 1은 트랜지스터의 열화정도를 측정하기 위하여 일반적으로 사용되는 테스트회로의 등가회로도이다.
도 2는 본 발명에 의해 동시에 복수개의 트랜지스터의 열화 정도를 측정할 수 있는 테스트 회로(100)의 등가회로도이다.

Claims (7)

  1. 복수의 트랜지스터의 열화정도를 측정하는 테스트회로에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터의 각 단자에 연결할 수 있는 복수개의 접촉패드;
    인가되는 전압을 저항비에 의해 분배하여 상기 복수의 트랜지스터의 게이트에 각각 인가되도록 연결된 복수개의 제1저항소자들; 및
    트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압이 전압강하되어 해당 트랜지스터의 드레인에 인가되도록 복수의 트랜지스터의 게이트전극과 드레인전극 사이에 각각 연결된 복수의 제2저항소자들
    을 포함하는 테스트 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접촉패드는 각 트랜지스터의 게이트에 인가될 최고 전압을 인가하기 위한 게이트펄스패드 및 게이트벌크패드를 포함하는 테스트회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압들 상호간의 전압차는 모두 동일한 테스트회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터의 드레인에 인가되는 전압들 상호간의 전압차는 모두 동일한 테스트회로.
  5. 복수의 트랜지스터 및 상기 복수의 트랜지스터의 열화정도를 측정할 수 있는 테스트회로가 집적된 집적회로에 있어서,
    상기 테스트회로는,
    상기 복수의 트랜지스터의 각 단자에 연결할 수 있는 복수개의 접촉패드;
    인가되는 전압을 저항비에 의해 분배하여 상기 복수의 트랜지스터의 게이트에 각각 인가되도록 연결된 복수개의 제1저항소자들; 및
    트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압이 전압강하되어 해당 트랜지스터의 드레인에 인가되도록 복수의 트랜지스터의 게이트전극과 드레인전극 사이에 각각 연결된 복수의 제2저항소자들 을 포함하는 집적회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접촉패드는 각 트랜지스터의 게이트에 인가될 최고 전압을 인가하기 위한 게이트펄스패드 및 게이트벌크패드를 포함하는 집적회로.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압들 상호간의 전압차는 모두 동일한 집적회로.
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