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JP2575990B2 - 半導体装置とそのテスト方法 - Google Patents
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JP2575990B2 - 半導体装置とそのテスト方法 - Google Patents

半導体装置とそのテスト方法

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JP2575990B2
JP2575990B2 JP4066436A JP6643692A JP2575990B2 JP 2575990 B2 JP2575990 B2 JP 2575990B2 JP 4066436 A JP4066436 A JP 4066436A JP 6643692 A JP6643692 A JP 6643692A JP 2575990 B2 JP2575990 B2 JP 2575990B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置とそのテ
スト方法に係わり、特にカラム不良等を簡単なテストに
て検出できる半導体装置と、その簡単なテスト方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】デバイスの微細化に伴って金属配線層間
のスペ−スがますます狭くなってきている。すると、従
来はあまり問題とならなかったような金属配線層間の絶
縁性が問題となってくる。例えば金属配線層間にシリコ
ンクズ等のゴミが製造工程中、あるいは製造後に付着し
た場合に上記の絶縁性が低下する恐れがある。特に問題
となるのは、この絶縁性の低下が経時的に、つまり実使
用中に起こってくる場合である。特にEPROM、EE
PROM、一括消去型EEPROM等の不揮発性メモリ
では、金属配線層間にセルのプログラム時、6〜10V
といった比較的高い電圧が印加される。通常のテストで
は、出荷前にセルのプログラムテストを行うが、高々数
回の場合が多い。従って、その範囲ではテストをパスす
るが、100回を越える書き込みを繰り返すことのある
実使用中に、例えばTDDB(経時破壊:Time Depende
nt Dielectric Breakdown )等のメカニズムで絶縁性が
低下してしまう危険がある。
【0003】また、EEPROMでは、かなり多数回の
プログラムテストを行う場合もあるが、プログラムする
パタ−ンの種類によって、全ての配線層間に有効にスト
レスが印加されるとは限らない。さらにEEPROMで
多数回行うといっても全チップにわたり保証回数のプロ
グラムテストを行う方法は時間がかかって通常行われな
い。
【0004】尚、ビット線等の金属配線層より下層の配
線層、例えばワ−ド線等にゴミ等が付着している場合
は、セルが機能しなくなったりすることにより、容易に
不良箇所を特定でき、不良チップをスクリ−ニングする
ことができる。しかし、特にチップの最上層にある配線
層にゴミ等が付着しても、通常のテストではパスする場
合があるのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような、金属配
線層間へのゴミ等付着に起因した経時的な絶縁性低下
は、例えば出荷前にセルのプログラムテストを繰り返せ
ば、ある程度まで改善することが可能である。しかし、
書き込みテストを繰り返すことは、テスト時間が膨大と
なり非現実的である上、必ずしも最悪条件とは限らな
い。
【0006】この発明は、上記の点に鑑み為されたもの
で、その目的は、簡単なテストにて、将来、ビット線間
に絶縁不良を起こす要因となる部分を選別し得る機能を
有する半導体装置と、その簡単なテスト方法とを提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る半導体装置では、互いに並行するビ
ット線群と、これらビット線群が正常か否かをテストす
るテスト手段とを具備する。そして、前記テスト手段
は、前記ビット線群のうち、n番目(nは0を含む2の
倍数)に該当するビット線に第1の電位を印加する第1
の電位印加手段と、前記ビット線群のうち、n+1番目
に該当するビット線に少なくとも前記第1の電位と異な
る第2の電位を印加する第2の電位印加手段とを有す
る。さらに、前記第1の電位を前記n番目のビット線
に、前記第2の電位を前記n+1番目のビット線にそれ
ぞれ同時に印加し、かつこの状態を、将来、ビット線間
に絶縁不良を起こす要因となる部分を選別し得る時間保
持し、前記絶縁不良を起こす要因となる部分を予め選別
し得るように構成されていることを特徴としている。ま
た、前記第2の電位印加手段は、前記第2の電位を印加
するのに加えて、前記第1の電位を前記ビット線群のう
ちn+1番目のビット線に印加する機能をさらに持たせ
る。さらに前記テスト手段が、前記ビット線群のうち、
前記n番目に該当するビット線に前記第1の電位および
前記ビット線群のうち、前記n+1番目のに該当するビ
ット線に前記第2の電位を同時に印加し、かつこの状態
を、将来、ビット線間に絶縁不良を起こす要因となる部
分を選別し得る時間保持し、前記絶縁不良を起こす要因
となる部分を予め選別し得る第1のテストモードと、前
記ビット線群に前記第1の電位を一斉に印加し、かつこ
の状態を、将来、電荷保持不良を起こす要因となる部分
を含むメモリセルを選別し得る時間保持し、前記電荷保
持不良となる部分を含むメモリセルを予め選別し得る第
2のテストモードとを有すること特徴としている。ま
た、前記絶縁不良を起こす要因となる部分を予め選別す
るテストを、前記ビット線群を含むメモリセルアレイを
ブロックに区切り、前記ブロック毎に行うことを特徴と
する。
【0008】また、そのテスト方法では、第1の電位
を、ビット線群のうちのn番目(nは0を含む2の倍
数)に該当するビット線に、前記第1の電位と異なる第
2の電位を前記ビット線群のうちのn+1番目に該当す
るビット線にそれぞれ同時に印加する。そして、この状
態を、将来、ビット線間に絶縁不良を起こす要因となる
部分を選別し得る時間保持し、前記絶縁不良を起こす要
因となる部分を予め選別することを特徴としている。ま
た、他のテスト方法では、第1の電位を、ビット線群の
うちのn番目(nは0を含む2の倍数)に該当するビッ
ト線に、前記第1の電位と異なる第2の電位を前記ビッ
ト線群のうちのn+1番目に該当するビット線にそれぞ
れ同時に印加する。そして、この状態を、将来、ビット
線間に絶縁不良を起こす要因となる部分を選別し得る時
間保持し、前記絶縁不良を起こす要因となる部分を予め
選別する第1のテストモードと、前記ビット線群に前記
第1の電位を一斉に印加し、かつこの状態を、将来、電
荷保持不良を起こす要因となる部分を含むメモリセルを
選別し得る時間保持し、前記電荷保持不良となる部分を
含むメモリセルを予め選別する第2のテストモードとの
双方を行うことを特徴としている。また、前記絶縁不良
を起こす要因となる部分を予め選別するテストは、パッ
ケージ封入後に行うことを特徴としている。
【0009】
【作用】上記構成を有する半導体装置であると、ビット
線群のうち、n番目のビット線に第1の電位を印加し、
これと同時に、ビット線群のうち、n+1番目のビット
線に第1の電位と異なる第2の電位を印加するので、テ
スト時に、ビット線間の全てに対して、同時に電気的な
ストレスを与えることができる。しかも、この状態を、
所定の時間保持することで、上記電気的なストレスを、
加速することができる。さらに、上記所定の時間を、将
来、ビット線間に絶縁不良を起こす要因となる部分を選
別し得る時間としていることにより、将来、ビット線間
に絶縁不良を起こす要因となる部分を、予め破壊させる
ことができる。予め破壊される部分は、特にシリコンク
ズなどのゴミが、ビット線間に跨がって付着しているよ
うな部分である。このため、この発明に係る半導体装置
によれば、ビット線間に跨がって付着したシリコンクズ
などのゴミに起因した不良モードを検知することができ
る。そのうえさらに、上記の部分を予め破壊させること
ができるので、上記の不良モードを起こすような部分を
潜在させているような半導体装置を、出荷前に選別でき
る。よって、出荷後、つまり実使用中に、ビット線間絶
縁不良の発生を抑制でき、高い信頼性を有する半導体装
置を提供することができる。また、第2の電位印加手段
に、前記第2の電位を印加するのに加え、前記第1の電
位を前記ビット線群のうちn+1番目のビット線に印加
する機能をさらに持たせる。これにより、ビット線間に
絶縁不良を起こす要因となる部分を予め選別し得る第1
のテストモードに加え、電荷保持不良となる部分を含む
メモリセルを予め選別し得る第2のテストモードを行う
ことができる。また、ビット線間に絶縁不良を起こす要
因となる部分を予め選別するテストを、ビット線群を含
むメモリセルアレイをブロックに区切り、ブロック毎に
行う。これにより、ビット線間に絶縁不良を起こす要因
となる部分を、複数箇所特定することができる。
【0010】また、そのテスト方法であると、ビット線
群のうち、n番目のビット線に第1の電位を、n+1番
目のビット線に第1の電位と異なる第2の電位を同時に
印加し、かつこの状態を、将来、ビット線間に絶縁不良
を起こす要因となる部分を選別し得る時間保持すれば良
いだけであり、簡単である。また、他のテスト方法であ
ると、n+1番目のビット線に第2の電位に変えて第1
の電位を印加するだけで、電荷保持不良となる部分を含
むメモリセルを予め選別するテストを行うことができ
る。また、ビット線間に絶縁不良を起こす要因となる部
分を予め選別するテストをパッケージ封入後に行うこと
で、パッケージ封入工程で付着したゴミによる上記絶縁
不良を検出することができる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明を一実施例に
より説明する。
【0012】この発明の一実施例に係わる大容量EPR
OMについて説明する。図1はこの発明の一実施例に係
わる半導体装置のブロック図、図2は図1中の2−2線
に沿う断面図である。
【0013】図1および図2に示すように、P型シリコ
ン基板10内にはN型ソ−ス領域121 〜122 および
N型ドレイン領域14がそれぞれ形成されている。N型
ソ−ス領域121 〜122 とN型ドレイン領域14との
間の基板10上には、シリコン酸化膜等でなるゲ−ト絶
縁膜16を介して、ポリシリコン等でなる浮遊ゲ−ト1
0 〜183 が形成されている。浮遊ゲ−ト180 〜1
3 上には、シリコン酸化膜等でなる絶縁膜20を介し
て、ポリシリコン、またはポリシリコンとシリサイドと
の積層膜層等でなる制御ゲ−ト(ワ−ド線とも呼ばれ
る)WL0 〜WL3 が形成されている。基板10上に
は、制御ゲ−トWL0 〜WL3 等を覆うように、シリコ
ン酸化膜等でなる層間絶縁膜22が形成されている。層
間絶縁膜22には、ドレイン領域14に達するコンタク
ト孔240 〜247 が形成されている。層間絶縁膜22
上には、コンタクト孔240 〜247 のいずれか一つを
介して、ドレイン領域14に電気的に接続されるビット
線BL0 〜BL7 が形成されている。ビット線BL0
BL7 は、通常アルミニウム合金でなり金属配線層とも
呼ばれる。また、ビット線BL0 〜BL7 は、ワ−ド線
WL0 〜WL3 と平面的に直交する方向に形成される。
【0014】上記構造のEPROMにデ−タのプログラ
ムを行う場合には、例えば制御ゲ−トに12.5V、ド
レイン領域に9Vといった高い電圧を加える。これによ
り、チャネルホットエレクトロンを発生させる。このチ
ャネルホットエレクトロンが浮遊ゲ−トに注入されるこ
とにより、デ−タがプログラムされる。
【0015】このようなデ−タのプログラムの際、例え
ば選択されて9Vが印加されているビットと隣接するビ
ット線はともに0Vである。このため、選択されたビッ
ト線と隣接するビット線との間には9Vの電圧が生ず
る。ここで、図5に示すように、選択されて9Vが印加
されているビット線BL0 と非選択で0Vが印加されて
いるビット線BL1 との間に導電性の例えばシリコンク
ズのようなゴミ26が付着したとする。すると、電気的
なストレスにより、絶縁膜28を介してリ−ク電流30
が発生する。これは、一回のデ−タのプログラムで発生
することもあれば、TDDB等のメカニズムで経時的に
発生することもある。特に後者が大多数を占める。図4
では、ゴミ26が、単に絶縁膜28上に付着している場
合を示しているが、ゴミ26が絶縁膜28にくい込んで
いる場合や、あるいは絶縁膜28の堆積前にビット線B
0 とビット線BL1 との間にゴミ26が付着すれば、
上記リ−ク電流30の発生を容易とさせ、電気的な破壊
を一層起こりやすくする。この発明では、上記のような
不良モ−ドを起こす恐れのあるチップをスクリ−ニング
するために、図1に示すようなテスト回路32を内蔵し
ている。
【0016】テスト回路32は、n番目のビット線に対
して所定電位を供給するn番目ビット線電位印加回路3
4と、n+1番目のビット線に対して所定電位を供給す
るn;1番目ビット線電位印加回路36と、で構成され
ている。尚、上記nは、0を含む2の倍数で表される整
数を示している。また、上記nは、この発明を説明する
ために便宜的に付される添字を示しており、アドレス信
号等、メモリ回路内の信号とは特に関係はない。
【0017】n番目ビット線電位印加回路34はビット
線BL0 、BL2 、BL4 およびBL6 に電気的に接続
され、これらビット線BL0 、BL2 、BL4 およびB
6に所定の電位、例えば0Vから9Vに切り換えて印
加する。また、n+1番目ビット線電位印加回路36は
ビット線BL1 、BL3 、BL5 およびBL7 に電気的
に接続され、これらビット線BL1 、BL3 、BL5
よびBL7 に所定の電位、例えば0Vから9Vに切り換
えて印加する。尚、この実施例では、ビット線が8本の
ある場合を示しているが、ビット線が1本おきに別々の
電位を切り変えて印加できる回路34、36に接続され
ていれば、実際には何本あってもかまわない。次に、上
記テスト回路の動作について説明する。
【0018】まず、n番目ビット線電位印加回路34を
オンさせ、ビット線BL0 、BL2、BL4 およびBL
6 に9Vの電位を印加する。この時、n+1番目ビット
線電位印加回路36はオフ、もしくは0Vの電位を印加
する状態とし、ビット線相互間に各々9Vの電位差を生
じさせ、各ビット線間に9Vの電気的なストレスを与え
る。この状態を図3に示す。上述した図4は図3中に示
されるゴミ26近傍を拡大して示した断面図である。図
3に示す各ビット線に9Vの電気的なストレスが加わる
状態を所定の時間保持する。すると、今まで、電気的な
ストレスの蓄積によって破壊が起こることでしか見出だ
せなかった、ゴミ26等の付着に起因する不良モ−ドを
短時間で検知することができる。図3に示す状態を保持
する時間は、例えばデ−タのプログラム中、ビット線に
電気的なストレスがかかりゴミ26等を介して経時的な
破壊が起こるであろう時間を、例えばTDDB等のメカ
ニズムに基き計算して求め、この計算により得られた時
間、あるいはそれに近い時間に設定する。また、これら
の動作は、例えば図示せぬ制御部からの命令により実行
される。
【0019】図3および図4に示すように、メモリセル
アレイ上に、シリコンクズのようなゴミ26が付着して
いた場合には、所定の時間経過後、電気的なストレスに
よって、例えば絶縁膜28の絶縁性が破壊され、ゴミ2
6を介してビット線BL0 とビット線BL1 が短絡し、
リ−ク電流30が流れる。このリ−ク電流30を検出す
ることにより、不良であるカラムを検知することができ
る。
【0020】このような方法であれば、各ビット線毎に
電位を印加する書き込みテストを何回も繰り返し、電気
的なストレスを蓄積させていく方法よりも短時間で、ゴ
ミ26等の付着に起因する不良モ−ドを見出だすことが
できる。
【0021】また、EPROMをセルを代表とする不揮
発性メモリでは、浮遊ゲ−トからドレインに電子が抜け
てしまう不良モ−ドがあり、これをテストする回路、所
謂ドレインストレステスト回路が内蔵されている場合が
多い。このドレインストレステスト回路は、大半のセル
にデ−タをプログラムした後、全てのビット線に例えば
9Vの電圧を一斉に加え、この状態で、浮遊ゲ−トから
電子が抜けないかを調べるものである。そこで、このド
レインストレステスト回路にトランジスタの接続を変更
する等の修正を加え、図1に示したような、ビット線1
本おきに別々の電位を切り変えて印加できるような回路
34、36を形成する。このようにすれば、まず、例え
ばn番目ビット線回路電位印加回路34をオン、n+1
番目ビット線回路電位印加回路36オフさせ、各ビット
線に所定時間、電気的なストレスを与え、上述のような
テストを行う(以後ビット線ストレステストと称す)。
この後、n番目ビット線回路電位印加回路34、および
n+1番目ビット線回路電位印加回路36ともにオンさ
せ、全てのビット線に例えば9Vの電位を印加して、ド
レインストレステストを行う。
【0022】このように、この発明に係わるテスト回路
32にドレインストレステスト機能を持たせれば、ビッ
ト線ストレステストのみならず、ドレインストレステス
トをも同時にテストできるという利点を得ることができ
る。
【0023】さらに、大容量のメモリでは、ビット線に
不良がある場合、その列(カラム)を置き換えられる冗
長回路(カラムリダンダンシ−回路)が搭載されてい
る。従って、事前に不良部分を顕在化しておけば、この
不良部分をテスト中に救済できる可能性がある。そこ
で、通常のテスト、例えばドレインストレステストの開
始前に、一度ビット線ストレステストを行うことが望ま
しい。
【0024】このようにすれば、ビット線どうしの短絡
不良を起こした箇所(カラム)を、リダンンダンシ−工
程にて救済することができる。もちろんながら、ドレイ
ンストレステストで不良となった部分についても、この
リダンンダンシ−工程にて救済される。このリダンンダ
ンシ−工程の後、さらにもう一度リダンダンシ−カラム
が正常か否か調べるために、ドレインストレステストお
よびビット線ストレステストを行う。
【0025】さらに、この発明に係わるテスト方法によ
れば、例えば1か所不良部分がありここで電気的な破壊
が起こると、ビット線どうしが短絡し、ストレス電圧が
低下する。例えば何か所が不良部分があると仮定すれ
ば、最も弱い部分が破壊した後、その他の不良箇所は特
定できない、ということも考えられる。そこで、メモリ
セルアレイを所定のブロック毎に区切り、ブロック毎に
ビット線ストレステストを行う、というようにするよう
にしても良い。ブロックの区切り方は、所定数のカラム
毎、または1本のカラムを複数に分割する、すなわち、
所定数のワ−ド線毎、または所定数のカラム毎と所定数
のワ−ド線毎とを組み合わせる、という方法で良い。
【0026】さらに、上記一実施例では、2種類の電位
をビット線1本おきにそれぞれ印加し、各ビット線に電
気的なストレスが与えられる状態を得たが、この状態が
維持されるならば、電位の種類を3種類、4種類、…、
というように多数に分割しても良い。
【0027】また、パッケ−ジ封入後、最終段階で不良
が発生していないかをチェックすることも好ましい。こ
のように最終段階においてチェックすることによれば、
アセンブリ工程、およびパッケ−ジ封入工程で付着した
ゴミによる不良チップを排除することができる。
【0028】尚、この発明は、上記一実施例に限られる
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形が
可能である。例えば上記一実施例では、EPROMを例
にとりこの発明を説明したが、EEPROM、一括消去
型EEPROM等、他の不揮発性メモリ、並びにビット
線のような高密度の配線を有するダイナミック型メモ
リ、スタティック型メモリ等、他のメモリにおいても適
用できることはいうまでもない。さらに、上記一実施例
では、アルミニウム合金でなるビット線における短絡不
良モ−ドについて説明したが、アルミニウム合金でなく
ともシリサイドのような導電性物質でなる配線層におい
ても上記不良のモ−ドは発生する。従って、シリサイド
のような導電性物質でなる配線層が高密度で存在してい
るような半導体装置においても、この発明を適用するこ
とができる。また、配線層が多層構造となっていても良
い。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、簡単なテストにて、将来、ビット線間に絶縁不良を
起こす要因となる部分を選別し得る機能を有する半導体
装置と、その簡単なテスト方法とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の一実施例に係わる半導体装置
のブロック図。
【図2】図2は図1中の2−2線に沿う断面図。
【図3】図3はこの発明の一実施例に係わる半導体装置
のストレス印加の状態を示す図。
【図4】図4は図3中の主要部を拡大して示した断面
図。
【符号の説明】
10…P型シリコン基板、121 、122 …N型ソ−ス
領域、14…N型ドレイン領域、16…ゲ−ト絶縁膜、
180 〜183 …浮遊ゲ−ト、20…絶縁膜、22…層
間絶縁膜、240 〜247 …コンタクト孔、26…ゴ
ミ、28…絶縁膜、30…リ−ク電流、BL0 〜BL7
…ビット線、WL0 〜WL7 …ワ−ド線。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに並行するビット線群と、 前記ビット線群が正常か否かをテストするテスト手段と
    を具備し、 前記テスト手段は、前記ビット線群のうちn番目(n
    は0を含む2の倍数)に該当するビット線に第1の電位
    を印加する第1の電位印加手段と、前記ビット線群のう
    ち、n+1番目に該当するビット線に少なくとも前記第
    1の電位と異なる第2の電位を印加する第2の電位印加
    手段とを有し、前記n番目のビット線に前記第1の電位
    および前記n+1番目のビット線に前記第2の電位を同
    時に印加し、かつこの状態を、将来、ビット線間に絶縁
    不良を起こす要因となる部分を選別し得る時間保持し、
    前記絶縁不良を起こす要因となる部分を予め選別し得る
    ように構成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の電位印加手段は、前記第2の
    電位を印加するのに加えて、前記第1の電位を前記ビッ
    ト線群のうちn+1番目のビット線に印加する機能をさ
    らに有し、 前記テスト手段は、前記ビット線群のうち、前記n番目
    に該当するビット線に前記第1の電位および前記ビット
    線群のうち、前記n+1番目に該当するビット線に前記
    第2の電位を同時に印加し、かつこの状態を、将来、ビ
    ット線間に絶縁不良を起こす要因となる部分を選別し得
    時間保持し、前記絶縁不良を起こす要因となる部分を
    予め選別し得る第1のテストモードと、 前記ビット線群に前記第1の電位を一斉に印加し、かつ
    この状態を、将来、電荷保持不良を起こす要因となる部
    分を含むメモリセルを選別し得る時間保持し、前記電荷
    保持不良となる部分を含むメモリセルを予め選別し得る
    第2のテストモードとを有すること特徴とする請求項1
    に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記絶縁不良を起こす要因となる部分を
    予め選別するテストを、前記ビット線群を含むメモリセ
    ルアレイをブロックに区切り、前記ブロック毎に行う
    とを特徴とする請求項1および2いずれかに記載の半導
    体装置。
  4. 【請求項4】 互いに並行するビット線群を具備する半
    導体装置のテスト方法において、 前記ビット線群のうちn番目(nは0を含む2の倍
    数)に該当するビット線に第1の電位および前記ビット
    群のうちn+1番目に該当するビット線に前記第1
    の電位と異なる第2の電位をそれぞれ同時に印加し、か
    つこの状態を、将来、ビット線間に絶縁不良を起こす要
    因となる部分を選別し得る時間保持し、前記絶縁不良を
    起こす要因となる部分を予め選別することを特徴とする
    半導体装置のテスト方法。
  5. 【請求項5】 互いに並行するビット線群を具備する半
    導体装置のテスト方法において、 前記ビット線群のうちn番目(nは0を含む2の倍
    数)に該当するビット線に第1の電位および前記ビット
    群のうちn+1番目に該当するビット線に前記第1
    の電位と異なる第2の電位をそれぞれ同時に印加し、か
    つこの状態を、将来、ビット線間に絶縁不良を起こす要
    因となる部分を選別し得る時間保持し、前記絶縁不良を
    起こす要因となる部分を予め選別する第1のテストモー
    ドと、 前記ビット線群に前記第1の電位を一斉に印加し、かつ
    この状態を、将来、電荷保持不良を起こす要因となる部
    分を含むメモリセルを選別し得る時間保持し、前記電荷
    保持不良となる部分を含むメモリセルを予め選別する第
    2のテストモードとの双方を行うことを特徴とする半導
    体装置のテスト方法。
  6. 【請求項6】 前記絶縁不良を起こす要因となる部分を
    予め選別するテストは、パッケージ封入後に行うことを
    特徴とする請求項4および5いずれかに記載の半導体装
    置のテスト方法。
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