Решение: Что такое тест-структура микросхем и как она работает?

На представленном рисунке изображена тест-структура с контрольными элементами, которая используется при производстве интегральных микросхем. Ниже приведено описание того, что это такое, как работает и как тестируется. Что это такое Тест-структура — это специальный набор измерительных элементов, расположенных на полупроводниковой пластине (позиция 2 на рисунке) рядом с рабочими кристаллами микросхем. Она представляет собой "эталонную площадку", на которой сформированы отдельные компоненты: резисторы, диоды, транзисторы и специальные знаки. Основные элементы структуры: 1. Резистивные области (1, 3, 4, 7) — служат для измерения послойного сопротивления различных слоев (эмиттера, базы, эпитаксиального слоя). 2. Знаки совмещения и разрешения (5, 6) — позволяют контролировать точность наложения фотошаблонов друг на друга и качество фотолитографии. 3. Активные элементы (9, 10) — диод и транзистор для проверки электрических характеристик полупроводниковых переходов. 4. Контрольные площадки (11, 12) — для измерения геометрических параметров, таких как ширина базы или толщина окисного слоя. Как это работает Принцип работы тест-структуры основан на подобии. Поскольку тест-структура изготавливается в едином технологическом цикле с основными микросхемами, любые отклонения в процессе (температура диффузии, время травления, качество напыления) одинаково отражаются и на рабочих схемах, и на тестовых элементах. Например, измеряя сопротивление эмиттера \( R_e \), можно косвенно судить о концентрации примесей в реальных транзисторах микросхемы. Если параметры тест-структуры укладываются в заданный диапазон, значит, и вся пластина считается годной. Каким образом это тестируют Тестирование проводится на различных этапах производства (промежуточный контроль) и после завершения всех операций (выходной контроль). 1. Визуальный контроль: С помощью микроскопов проверяют знаки совмещения (5) и разрешающую способность (6). Это позволяет увидеть, нет ли смещения слоев относительно друг друга. 2. Электрические измерения: К контактным площадкам элементов подводят тонкие зонды измерительной установки. - Для резисторов измеряют падение напряжения при заданном токе по закону Ома: \[ R = \frac{U}{I} \] - Для определения толщины окисла (12) часто используют емкостный метод, измеряя емкость \( C \) структуры: \[ d = \frac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{C} \] где \( d \) — толщина слоя, \( \varepsilon \) — диэлектрическая проницаемость, \( S \) — площадь. 3. Статистический анализ: Полученные данные сравниваются с эталонными значениями. Если параметры выходят за границы допусков, технологический процесс корректируется, а бракованные участки пластины или вся пластина целиком отбраковываются. Зачем это нужно Использование таких структур позволяет не разрушать рабочие микросхемы для проверки их внутреннего устройства. Это критически важный элемент обеспечения качества в отечественной микроэлектронике, позволяющий достигать высокой надежности компонентов для стратегически важных отраслей.