Brevet FR2657725A1 — publié le 19910802

DISPOSITIF A SEMICONDUCTEURS La présente invention concerne un dispositif à semiconducteurs, et plus particulièrement une structure pour l'évaluation de caractéristiques micro-ondes sur une tranche dans un circuit intégré monolithique à microondes (qu'on appelle ci-après circuit "MMIC"), dans une bande de haute fréquence telle que la bande micro-onde et la bande des ondes millimétriques. La figure 6 est une vue en plan qui montre la structure en plan d'un dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur, et la figure 7 représente un circuit équi- valent pour ce dispositif La figure 8 est un schéma mon- trant un dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur au cours d'un processus de fabrication de tranche Dans ces figures, la référence 100 désigne une tranche de semicon- ducteur Des premier et second circuits (éléments de cir- cuit ( 2 et 3) sont formés dans les régions de puce respec- tives 10 de la tranche de semiconducteur 100 et ces cir- cuits 2 et 3 sont connectés mutuellement par une ligne de transmission 5 Dans ce cas, le premier circuit 2 est un amplificateur à faible bruit et le second circuit 3 est un amplificateur de forte puissance. Une ligne de transmission du côté de l'entrée 5 a, connectée au premier circuit 20, est disposée dans une par- tie d'extrémité de la région de puce 10 Un plot de sonde RF du côté de l'entrée micro-onde, la, qui est connecté à l'électrode de masse sur la face arrière de la tranche, est placé de chaque côté de la ligne de transmission 5 a Une ligne coplanaire du côté d'entrée 15 a est constituée par la ligne de transmission du côté d'entrée 5 a et par le plot du côté d'entrée la. Une ligne de transmission du côté de sortie 5 b, connectée au second circuit 3, et un plot de sonde RF du côté de sortie micro-onde lb, sont placés dans l'autre par- tie d'extrémité de la région de puce 10 Une ligne copla- naire du côté de sortie 15 b est constituée par la ligne de transmission du côté de sortie 5 b et par le plot de sonde RF du côté de sortie lb. Les régions de puce 10 sont divisées en un ensem- ble de puces par découpage en puces après l'achèvement du processus de fabrication de la tranche, pour produire ainsi un ensemble de dispositifs à semiconducteurs. L'évaluation sur la tranche même des caractéris- tiques micro-ondes d'un tel dispositif à semiconducteurs est accomplie de la manière suivante. On met en contact la sonde RF du côté d'entrée a avec la ligne coplanaire du côté d'entrée 15 a, et on met en contact la sonde RF du côté de sortie 50 b avec la ligne coplanaire du côté de sortie 15 b Dans cet état, on applique un courant de mesure aux-premier et second cir- cuits 2 et 3, par l'intermédiaire des sondes 50 a et 50 b, pour effectuer une évaluation des caractéristiques micro- ondes des deux circuits 2 et 3. Dans le dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur qui est construit de la manière décrite ci-des- sus, l'application d'un courant de mesure s'effectue en mettant en contact les sondes RF 50 a et 50 b respectivement avec les lignes coplanaires du côté d'entrée et du côté de sortie 15 a et 15 b, et par conséquent, on n'obtient dans l'évaluation sur la tranche même que les caractéristiques globales des premier et second circuits 2 et 3 Par consé- quent, lorsque les caractéristiques des dispositifs à se- miconducteurs sont mauvaises, il est difficile de détermi- ner lequel des premier ou second circuits 2 ou 3 est défec- tueux. Pour les besoins de la description, le dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur qui est décrit ci- dessus ne comporte que deux éléments de circuit, c'est-à- dire les premier et second circuits 2 et 3 Un circuit in- tégré de grande taille comportant un plus grand nombre d'éléments de circuit présente de plus grandes difficultés dans l'analyse de défauts, ce qui crée un problème impor- tant. La présente invention vise à résoudre les problè- mes mentionnés ci-dessus, et elle a pour but de procurer un dispositif à semiconducteurs qui permette l'évaluation sur la tranche même de caractéristiques micro-ondes pour chaque élément de circuit, et qui permette de détecter simplement l'élément de circuit particulier qui est défectueux. Conformément à l'invention, une ligne de trans- mission prévue pour connecter mutuellement des éléments de circuit est réalisée de façon à comporter une partie de sé- paration, pour séparer des éléments de circuit se trouvant des deux côtés de cette dernière, dans une bande de haute fréquence, et des parties de la ligne de transmission se trouvant entre la partie de séparation et les éléments de circuit des deux côtés sont respectivement munies d'un plot de sonde auxiliaire pouvant venir en contact avec une sonde de haute fréquence Chaque élément de circuit est donc sé- paré de l'autre élément de circuit dans une bande de fré- quence micro-onde En outre, une ligne à fente ou une ligne coplanaire est formée des deux côtés de chaque élément de circuit, et ceci permet d'effectuer des mesures à partir de la surface Chaque élément de circuit peut être mesuré sé- parément sur la tranche même, et l'analyse des défauts d'un dispositif à semiconducteurs est facilitée. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en plan montrant une structure en plan d'un dispositif à semiconducteurs confor- me à un premier mode de réalisation de l'invention; La figure 2 est un schéma montrant un circuit équivalent du dispositif à semiconducteurs de la figure 1; La figure 3 est une vue en plan montrant une structure en plan d'un dispositif à semiconducteurs confor- me à un second mode de réalisation de l'invention; La figure 4 est un schéma montrant un circuit équivalent du dispositif à semiconducteurs de la figure 3; La figure 5 (a) est un schéma montrant un circuit équivalent qui constitue un exemple d'un circuit de commu- tation qui est utilisé dans le dispositif du mode de réali- sation décrit ci-dessus; La figure 5 (b) est un schéma destiné à l'explica- tion de la structure d'un circuit de modification de carac- téristiques qui est monté sur un élément de circuit du dis- positif du mode de réalisation précédent; La figure 6 est une vue en plan montrant une structure en plan d'un dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur; La figure 7 est un schéma montrant un circuit équivalent d'un dispositif à semiconducteurs de la figure 6; et La figure 8 est un schéma montrant un dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur au cours d'un proces- sus de fabrication de tranche. La figure 1 est une vue en plan montrant une structure en plan d'un dispositif à semiconducteurs confor- me à un premier mode de réalisation de l'invention, et la figure 2 montre un circuit équivalent de ce dispositif Sur ces figures, on utilise les mêmes références numériques que sur les figures 6 et 7 pour désigner les éléments identi- ques ou correspondants Un premier circuit 20 et un second circuit 30 (éléments de circuit) sont formés dans les ré- gions de puce respectives de la tranche Dans ce cas, le premier circuit 20 est un amplificateur à faible bruit et le second circuit 30 est un amplificateur de forte puissan- ce Des lignes coplanaires 15 a et 15 b sont respectivement formées du côté d'entrée du circuit 20 et du côté de sortie du circuit 30 Les circuits 20 et 30 comprennent des cir- cuits de modification de caractéristiques 21 et 31 qui sont respectivement destinés à corriger les caractéristiques des amplificateurs. Un circuit de commutation (section de séparation) 4 qui isole ou connecte mutuellement les deux circuits 20 et 30 dans la bande de fréquence micro-onde, est incorporé sur la ligne de transmission 5 Le circuit de commutation 4 est placé dans la condition de transmission ou de blocage par l'application d'une tension ou d'un courant à partir de l'extérieur. Un plot de sonde auxiliaire lla destiné à venir en contact avec la sonde RF 50 b est placé de chacun des côtés de la ligne de transmission 5 c, entre le circuit de commutation 4 et le premier circuit 20 Une ligne coplanai- re auxiliaire 16 a est constituée par le plot de sonde lla et la ligne de transmission 5 c De façon similaire, un plot de sonde auxiliaire llb est placé de chacun des côtés de la ligne de transmission 5 d entre le circuit de commutation 4 et le second circuit 30 Une ligne coplanaire auxiliaire 16 b est constituée par le plot de sonde llb et la ligne de transmission 5 d. La figure 5 (a) montre un exemple concret du cir- cuit de commutation 4, dans lequel une inductance 7 est connectée en parallèle avec un transistor à effet de champ 8 Dans ce circuit, on obtient un état bloqué de l'élément de commutation en faisant en sorte que la capacité source- drain du transistor à effet de champ 8 et l'inductance 7 résonnent à une fréquence désirée Autrement dit, on fait varier la capacité source-drain en faisant varier la ten- sion de grille du transistor à effet de champ 8, ce qui procure un état bloqué de l'élément de commutation. La figure 5 (b) montre un amplificateur à gain variable comprenant un transistor à effet de champ à deux grilles 60 et une résistance 70, ayant pour but de régler la tension, à titre d'exemple des circuits de modification 21 et 31 Le transistor à effet de champ 60 comprend une électrode de grille principale 61 a et une électrode de grille de commande 61 b, et l'électrode 61 b est connectée à la résistance 70 La résistance 70 comprend des éléments résistifs 71 qui sont connectés mutuellement en parallèle, et on change la valeur de résistance en coupant sélective- ment les éléments résistifs 71, par exemple avec un fais- ceau laser On modifie les caractéristiques des circuits 20 et 30 en changeant la tension de l'électrode 61 b par la coupure sélective des éléments résistifs 71, afin d'ajuster la valeur de seuil du transistor à effet de champ 60. On va maintenant décrire le fonctionnement et l'effet de ce mode de réalisation. L'évaluation sur la tranche même du dispositif à semiconducteurs de l'invention est effectuée de la manière suivante. En premier lieu, lorsqu'on effectue l'évaluation du premier circuit 20, on met en contact une sonde RF du côté d'entrée 50 a avec la ligne coplanaire du côté d'entrée a du premier circuit 20, et on met en contact une sonde du côté de sortie 50 b avec la ligne coplanaire auxiliaire du côté de sortie 16 a On applique une tension de grille au transistor à effet de champ 8 du circuit de commutation 4 pour faire passer ce dernier dans l'état bloqué Le premier circuit 20 et le second circuit 30 sont ainsi mutuellement isolés dans la bande de fréquence micro-onde Dans cet état, on applique un courant de mesure au circuit 20, à partir de la sonde, pour effectuer l'évaluation sur la tranche même du circuit 20 seul L'évaluation sur la tran- che même du second circuit 30 est effectuée d'une manière similaire à celle du premier circuit 20. Lorsque l'évaluation décrite ci-dessus fait ap- paraître une variation dans les caractéristiques du premier circuit 20, on ajuste la valeur de la résistance 70 du cir- cuit de modification de caractéristiques 21, pour modifier les caractéristiques du circuit 20 Lorsque l'évaluation et la modification des caractéristiques sont terminées, on supprime l'application d'une tension à la grille du tran- sistor à effet de champ 8, pour ramener le circuit de com- mutation 4 dans un état passant Les circuits 20 et 30 passent alors dans un état connecté, et le dispositif à semiconducteurs passe dans un état dans lequel il remplit sa fonction d'origine. Dans ce mode de réalisation, un circuit de commu- tation 4 qui isole ou connecte ensemble les deux circuits et 30, dans une bande de fréquence micro-onde, est in- corporé dans la ligne de transmission de signal 5 qui con- necte le premier circuit du côté d'entrée 20 et le second circuit du côté de sortie 30, et des plots de sonde auxi- liaires lia et llb sont respectivement placés entre le cir- cuit de commutation 4 d'une part et les premier et second circuits 20 et 30 d'autre part Le circuit respectif peut donc être séparé de l'autre circuit dans la bande de fré- quence micro-ondes, et des lignes coplanaires 16 a et 16 b sont formées des deux côtés du circuit, ce qui permet d'ef- fectuer des mesures avec une sonde à partir de la surface. Les circuits 20 et 30 peuvent donc être mesurés séparément sur la tranche même, et une analyse des défauts d'un dispo- sitif à semiconducteurs peut être effectuée aisément. En outre, du fait que les premier et second cir- cuits 20 et 30 sont réalisés de façon à comporter des cir- cuits de modification 21 et 31 destinés à modifier les ca- ractéristiques, on peut modifier les variations des carac- téristiques au moyen des circuits de modification de carac- téristiques 21 et 31, ce qui améliore le rendement de fa- brication d'un dispositif à semiconducteurs. Bien que le mode de réalisation qui est décrit ci-dessus comprenne deux éléments de circuit, le dispositif peut comprendre plus de deux éléments de circuit. La figure 3 montre une structure en plan d'un dispositif à semiconducteurs comportant trois éléments de circuit, à titre de second mode de réalisation de l'inven- tion, et la figure 4 est un schéma d'un circuit équivalent de ce mode de réalisation Sur ces figures, on utilise les mêmes références numériques que sur les figures 1 et 2 pour désigner les parties identiques ou correspondantes Ce dis- positif à semiconducteurs est un module d'entrée/sortie d'un radar. Les références numériques 20, 30 et 40 désignent respectivement un premier circuit, un second circuit et un troisième circuit qui constituent le module Le circuit 20 est un déphaseur, le circuit 30 est un amplificateur à fai- ble bruit et le circuit 40 est un amplificateur de forte puissance Les circuits 30 et 40 comportent des circuits de modification 31 et 41 pour modifier leurs caractéristiques. Un premier circuit de commutation 4 a est placé entre les circuits 20 et 30, tandis qu'un second circuit de commutation 4 b est placé entre les circuits 20 et 40 Ces circuits de commutation 4 a et 4 b isolent ou connectent en- semble les circuits respectifs dans la bande de fréquence micro-onde Ces circuits de commutation 4 a et 4 b compren- nent respectivement un transistor à effet de champ 8 et une inductance 7, de façon similaire au circuit de commutation 4. En outre, des plots de sonde auxiliaires lla sont placés des deux côtés de la ligne de transmission 25 qui connecte le circuit de commutation 4 a et le circuit 20, et les plots lla sont reliés à la masse dans la bande de haute fréquence Une ligne coplanaire 16 a est constituée par la ligne de transmission 25 et le plot lia Des plots de sonde auxiliaires llb sont placés entre le circuit 30 et le cir- cuit de commutation 4 a, et une ligne coplanaire auxiliaire 16 b est constituée par la ligne de transmission 35 et le plot llb Un plot de sonde auxiliaire lic est placé entre le circuit 40 et le circuit de commutation 4 b, et une ligne coplanaire auxiliaire 16 c est constituée par la ligne de transmission 45 et le plot lic Une ligne de transmission c et un plot de sonde d'entrée/sortie lc sont placés au voisinage du circuit 40, et une ligne coplanaire d'entrée/ sortie 15 c est constituée par la ligne de transmission 5 c et le plot lc. On va maintenant décrire le fonctionnement et l'effet de ce second mode de réalisation. Le fonctionnement fondamental de ce second mode de réalisation ayant une telle structure est le suivant Un signal provenant de la section de traitement de signal d'un étage antérieur au premier circuit (déphaseur) 20, est ap- pliqué du côté du troisième circuit (amplificateur de forte puissance) 40 par les circuits de commutation 4 a et 4 b, et le signal de sortie amplifié du troisième circuit est ap- pliqué à une antenne, tandis que le signal qui est reçu par l'antenne est appliqué à la section de traitement de signal par l'intermédiaire du circuit de commutation 4 a et du dé- phaseur 20. Dans ce mode de réalisation, l'évaluation des ca- ractéristiques sur la tranche même est effectuée d'une ma- nière similaire à celle du premier mode de réalisation. Ainsi, lorsqu'on effectue une évaluation sur la tranche même pour le second circuit 30 qui est un amplifi- cateur à faible bruit, on place une sonde RF 50 a sur la ligne coplanaire auxiliaire 16 b du circuit 30, et on place une sonde RF 50 b sur la ligne coplanaire d'entrée/sortie , et on applique une tension de grille au transistor à effet de champ 8 du circuit de commutation 4 a, pour bloquer ce dernier Cette opération a pour effet de séparer le cir- cuit 30 vis-à-vis des autres circuits 20 et 40 dans la ban- de de fréquence micro-onde On effectue une évaluation sur la tranche même en appliquant un courant de mesure au cir- cuit 30 dans cet état De plus, pour le troisième circuit qui est un amplificateur de forte puissance, on bloque le circuit de commutation 4 b et on effectue les mesures dans cet état sur la ligne coplanaire d'entrée/sortie 15 c et sur la ligne coplanaire auxiliaire 16 c. Lorsque cette évaluation fait apparaître une va- riation dans les caractéristiques des circuits respectifs et 40, on ajuste ces caractéristiques au moyen des cir- cuits de modification 31 et 41, et les caractéristiques du dispositif à semiconducteurs sont ainsi modifiées. Dans ce second mode de réalisation, il est possi- ble d'obtenir un effet consistant en une excellente effica- cité de l'utilisation des éléments, du fait qu'un circuit de commutation qui est nécessaire pour la commutation du signal dans le cadre du fonctionnement de l'appareil lui- même, est utilisé en commun avec le circuit de commutation qui est nécessaire pour effectuer des mesures sur la tran- che même. Dans les premier et second modes de réalisation décrits ci-dessus, on utilise un circuit de commutation à titre de section de séparation d'une ligne de transmission, mais la section de séparation de la ligne de transmission peut également avoir une structure qui se prête à la coupu- re, par exemple par un laser, et les circuits situés des deux côtés de la ligne de transmission peuvent être séparés dans la bande de fréquence micro-onde par ajustement par laser. Bien que dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, on ne considère pas l'adaptation d'impédance caractéristique entre les lignes coplanaires d'entrée/sor- tie et auxiliaire, et la sonde RF, il est possible d'élimi- ner des réflexions de micro-ondes parasites pendant que la sonde RF est en contact, en rendant les impédances mutuel- lement égales, ce qui permet d'effectuer une évaluation précise aux fréquences micro-ondes On peut effectuer ici l'adaptation d'impédance en ajustant la largeur de la ligne de transmission. Dans le mode de réalisation qui est décrit ci- dessus, la ligne qui se trouve dans la section de contact avec la sonde RF est une ligne coplanaire qui comporte des plots de masse des deux côtés de la ligne de signal, mais la configuration de la ligne n'est pas limitée à celle-ci, et on peut utiliser par exemple une ligne à fente ayant un plot de masse d'un seul côté de la ligne de signal. Comme il ressort de façon évidente de la descrip- tion précédente, et conformément à l'invention, une ligne de transmission destinée à connecter des éléments de cir- cuit est construite de façon à comporter une section de séparation, dans le but de séparer dans une bande de haute fréquence les éléments de circuit qui se trouvent des deux côtés de la ligne de transmission, et un plot de sonde au- xiliaire pour mettre en contact une sonde de haute fréquen- ce est disposé dans une partie de ligne se trouvant entre la section de séparation et les éléments de circuit des deux côtés On peut donc séparer des éléments de circuit respectifs, vis-à-vis des autres éléments de circuit, dans la bande de fréquence micro-onde, et une ligne à fente ou une ligne coplanaire est formée des deux côtés des éléments de circuit, permettant ainsi d'effectuer des mesures avec une sonde à partir de la surface Il en résulte qu'on peut évaluer indépendamment les caractéristiques micro-ondes des éléments de circuit respectifs à l'intérieur du dispositif à semiconducteurs, et qu'on peut effectuer aisément une analyse de défauts d'un dispositif à semiconducteurs. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif à semiconducteurs dans lequel un ensemble d'éléments de circuit ( 20, 30) sont formés dans chaque région de puce ( 10) d'une tranche de semiconducteur ( 100), les éléments de circuit respectifs sont connectés ensemble par une ligne de transmission ( 5), et des plots de sonde d'entrée et de sortie (la, lb) destinés à être mis en contact avec une sonde de haute fréquence ( 50 a) sont formés dans les parties d'extrémités situées des deux côtés de régions de puce respectives ( 10), et les régions de puce respectives sont découpées en une configuration de puce, caractérisé en ce qu'il comprend: une ligne de transmis- sion ( 5) qui connecte des éléments de circuit respectifs ( 20, 30), et qui est formée de façon à comporter une sec- tion de séparation ( 4) ayant pour fonction de séparer mu- tuellement, dans une bande de haute fréquence, les éléments de circuit respectifs ( 20, 30) qui se trouvent des deux côtés de la ligne de transmission ( 5); et un plot de sonde auxiliaire ( 1 la, llb) prévu pour être mis en contact avec une sonde de haute fréquence ( 50 b), ce plot se trouvant sur une partie de la ligne de transmission ( 5) qui se trouve entre la section de séparation ( 4) et les éléments de cir- cuit ( 20, 30) qui se trouvent des deux côtés. 2 Dispositif à semiconducteurs selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la section de séparation ( 4) comprend un circuit de commutation ( 7, 8) qui peut sé- parer ou connecter ensemble les éléments de circuit ( 20, ) qui se trouvent des deux côtés. 3 Dispositif à semiconducteurs selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce qu'un amplificateur à faible bruit, à titre de premier élément de circuit ( 20) et un amplificateur de forte puissance à titre de second élément de circuit ( 30), sont formés sur les régions de puce res- pectives ( 10), et la ligne de transmission ( 5) est établie de façon à connecter ces deux amplificateurs. 4 Dispositif à semiconducteurs selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que le circuit de commutation comprend un transistor à effet de champ ( 8) sur lequel une inductance ( 7) est connectée en parallèle, et ce circuit de commutation isole ou connecte ensemble les premier et se- cond éléments de circuit ( 20, 30) sous l'effet de la varia- tion de la tension de grille du transistor à effet de champ ( 8). Dispositif à semiconducteurs selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'un déphaseur à titre de pre- mier élément de circuit ( 20), un amplificateur à faible bruit à titre de second élément de circuit ( 30) et un am- plificateur de forte puissance à titre de troisième élément de circuit ( 40) sont formés dans les régions de puce res- pectives ( 10), un premier circuit de commutation ( 4 a) qui peut isoler ou connecter le déphaseur et l'amplificateur à faible bruit dans la bande de haute fréquence, est formé entre eux, et un second circuit de commutation ( 4 b), qui peut isoler ou connecter ensemble le déphaseur et l'ampli- ficateur de forte puissance dans la bande de haute fréquen- ce est formé entre eux. 6 Un dispositif à semiconducteurs selon la re- vendication 5, caractérisé en ce que les premier et second circuits de commutation ( 4 a, 4 b) comprennent un transistor à effet de champ ( 8) sur lequel une inductance ( 7) est con- nectée en parallèle, et ces circuits de commutation isolent ou connectent ensemble les premier à troisième éléments de circuit ( 20, 30, 40) sous l'effet de la variation de la tension de grille du transistor à effet de champ ( 8). 7 Dispositif à semiconducteurs selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la section de séparation ( 4) comprend un matériau qui peut être coupé par irradia- tion d'un faisceau d'énergie, et les éléments de circuit ( 20, 30) qui se trouvent des deux côtés de la ligne de transmission ( 5) sont séparés dans la bande de haute fré- quence par ajustement par laser. 8 Dispositif à semiconducteurs selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le plot de sonde auxiliaire (lia, lib) est formé des deux côtés de la ligne de trans- mission ( 5), et cette ligne de transmission ( 5) et le plot de sonde auxiliaire (lia, llb) constituent une ligne copla- naire ( 16 a, 16 b). 9 Dispositif à semiconducteurs selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le plot de sonde auxiliaire (lia, llb) est formé d'un seul côté de la ligne de trans- mission ( 5), et cette ligne de transmission ( 5) et le plot de sonde auxiliaire (lia, llb) constituent une ligne à fen- te. Dispositif à semiconducteurs selon la revendi- cation 8, caractérisé en ce que l'impédance caractéristique de la ligne coplanaire ( 16 a, 16 b) est adaptée à celle de la sonde de haute fréquence ( 50 b). 11 Dispositif à semiconducteurs selon la revendi- cation 9, caractérisé en ce que l'impédance caractéristique de la ligne à fente est adaptée à celle de la sonde de hau- te fréquence ( 50 b).