Brevet FR2694404A1 — publié le 19940204

PROCEDE DE MESURE DES TENSIONS DE SEUIL DES CELLULES D'UNE MEMOIRE INTEGREE La présente invention se rapporte aux procédés qui permettent de mesurer la tension de seuil des diverses cellules composant une mémoire intégrée, plus particulièrement une mémoire intégrée du type EPROM ou FLASH-EPROM. Elle permet d'obtenir rapidement une statistique et une cartographie des valeurs de ces tensions de seuil, afin plus particulièrement de pouvoir réagir sur les paramètres du procédé de fabrication pour obtenir une meilleure répartition des tensions de seuil,correspondant généralement à une dispersion aussi faible que possible. La méthode actuellement utilisée pour cela consiste à mesurer directement le courant circulant dans le transistor formant la cellule-mémoire, en plaçant en série avec ce transistor l'équivalent d'un ampèremètre et en augmentant progressivement la tension sur la grille du transistor. Dès que l'on constate le passage d'un courant très faible, fixé arbitrairement en fonction des possibilités de l'appareillage, et généralement situé nettement en dessous de 1 microampère, on note la tension appliquée sur la grille à cet instant Cette tension est considérée comme étant la tension de seuil de conduction. Outre l'appareillage à mettre en oeuvre et les connexions particulières et délicates à établir à cet effet, cette méthode présente, même pour la mesure en tant que telle, une durée assez longue, de l'ordre de 1 milliseconde, ce qui est prohibitif, compte tenu du grand nombre de cellules à mesurer. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un procédé de mesure de la tension de seuil d'au moins une cellule-mémoire, cette cellule comprenant un premier transistor de type FET à grille flottante relié en série entre une première entrée d'un amplificateur différentiel de lecture et la masse, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les deux étapes suivantes - on impose le passage d'un courant Iref entre une deuxième entrée de l'amplificateur différentiel et la masse, ce courant ayant une première valeur déterminée Il, puis on fait croire une tension Vpp appliquée sur la grille non-flottante du premier transistor, depuis une valeur minimale jusqu'à au moins une première valeur V1 pour laquelle la sortie de l'amplificateur différentiel bascule - On recommence ces opérations pour une deuxième valeur déterminée I2 du courant dans la deuxième entrée, ce qui donne une deuxième valeur V2 de la tension Vpp ; et - on détermine une relation linéaire entre Iref et Vpp correspondant à une droite passant par les points I1/V1 et I2/V2, et on en déduit la valeur VT de la tension Vpp pour laquelle Iref est nul dans cette relation linéaire ; VT étant la tension de seuil à mesurer. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent: - La figure 1, le schéma d'un circuit permettant de mettre en oeuvre l'invention; - la figure 2, une courbe I/V permettant de déterminer la tension de seuil à partir des mesures effectuées avec le circuit de la figure 1; et - les figures 3 et 4, deux courbes de répartition statistique des tensions de seuil d'une mémoire complète. le montage simplifié représenté sur la figure 1 est relatif à une cellule unique d'une mémoire complète, du type EPROM dans cet exemple. Ce schéma permet d'expliquer plus facilement l'invention, mais il est bien clair que dans les réalisations pratiques toutes les cellules de la mémoire, qui peut en comporter un très grand nombre, seront connectées de la même manière. Le schéma complet comprendra alors en outre les organes bien connus permettant de procéder au multiplexage et au démultiplexage des entrées et des sorties de ces cellules, pour pouvoir les adresser individuellement. La cellule-mémoire à mesurer est formée d'un transistor 101 du type FET à grille flottante, relié par sa source à la masse et par son drain à l'une des entrées d'un amplificateur différentiel 102. Cet amplificateur différentiel est justement celui utilisé dans la mémoire complète pour pouvoir lire l'état de programmation des cellules. Cette lecture se fait en mesurant la différence entre d'une part le courant Icel injecté par l'amplificateur 102 dans le transistor 101 et, d'autre part le courant Iref injecté dans un transistor 103, lui-même du type FET mais sans ou avec grille flottante et relié par sa source à la masse et par son drain à l'autre entrée de l'amplificateur différentiel 102. On peut aussi remplacer le transistor 103 par une résistance. La grille de ce transistor 103 est accessible sur l'une des sorties du circuit intégré et reçoit une tension Vcc. on sait, par différentes méthodes connues, calibrer cette tension Vcc pour obtenir un courant déterminé dans le transistor 103. Typiquement ce courant est de l'ordre de 30 microampères en fonctionnement normal. Lorsque le courant dans le transistor 101 est inférieur au courant dans le transistor 103, la sortie S de l'amplificateur 102 est dans un premier état, conventionnellement "0" par exemple. Lorsque ce courant est supérieur à l'autre, la sortie de l'amplificateur est dans un autre état, conventionnellement "1" par exemple. En mode mémoire normal, la grille flottante du transistor 101 est chargée ou non, selon l'état provenant de la programmation. La lecture de cet état consiste justement à comparer le courant qui passe dans le transistor 101 par rapport au courant qui passe dans le transistor 103 lorsque l'on applique sur la grille d'adressage non flottante du transistor 101 une tension de lecture Vpp. Dans cet exemple la tension est appliquée directement depuis une borne du circuit, mais dans la pratique elle arrive, bien entendu, par l'intermédiaire du circuit de multiplexage dont on a parlé plus haut. Selon l'invention, les mesures se font avant la programmation de la mémoire, donc lorsque la grille flottante n'est pas chargée, toutes les cellules étant donc dans ce même état. Le but est d'obtenir la valeur VT de la tension Vpp pour laquelle le transistor 101 se met juste à conduire. Ce circuit ne permet pas, bien entendu, d'obtenir une mesure directe, puisqu'il faudrait pour cela que le transistor 103 lui-même soit juste au seuil de conduction. L'ensemble des organes du circuit, en particulier l'amplificateur différentiel 102, seraient alors dans un état où la précision sur les différents paramètres serait particulièrement mauvaise. Selon l'invention, on procède dans une première étape à une première mesure en appliquant une première tension Vcc au transistor 103. Cette tension est telle que le courant dans ce transistor 103 a une première valeur de référence Il, par exemple 10 microampères. Cette valeur de Vcc, et du courant de référence, étant fixée, on applique alors sur la grille du transistor 101 une tension Vpp qui croit progressivement, sous la forme d'une rampe par exemple, à partir d'une valeur pour laquelle le courant dans le transistor 101 est inférieur au courant de référence dans le transistor 103. A un moment donné, pour une valeur particulière V1 de cette tension Vpp, le courant dans le transistor 101 atteint la valeur du courant dans le transistor 103, puis il la dépasse et l'état de l'amplificateur opérationnel 102 bascule, sa sortie passant par exemple de 0 à 1. On note alors cette valeur V1 de Vpp pour laquelle ce basculement se produit.On peut alors éventuellement arrêter cette première étape à ce moment, mais il est souvent plus facile, dans un processus automatisé qui sera le plus souvent utilisé dans la pratique, de faire monter cette tension Vpp jusqu'à une deuxième valeur constante pour toutes les mesures et pour laquelle le basculement aura, a priori, été obtenu. De la même manière, la valeur de départ de Vpp sera choisie pour que le basculement ne soit pas, à priori, déjà possible Dans une deuxième étape, correspondant à une deuxiéme mesure, on règle la valeur du courant dans le transistor 103 à une deuxième valeur de référence I2, en faisant varier en conséquence Vcc. On applique alors, comme dans la première étape, une rampe de tension sur la grille du transistor 101, et l'on note la valeur V2 pour laquelle la sortie de l'amplificateur différentiel 102 change d'état. Selon les facilités du processus automatique auquel on aura, bien évidemment, recours, on peut fixer des valeurs de départ et d'arrivée de la rampe de tension qui soient différentes de celles de la première étape, ou qui soit les mêmes; l'intervalle de variation étant dans ce dernier cas suffisant pour recouvrir les mesures effectuées dans les deux étapes. A partir de ces deux mesures, on peut alors tracer la courbe qui représente la valeur du courant Icel dans le transistor 101 en fonction de la tension Vpp appliquée sur sa grille. Cette courbe est représentée sur la figure 2. Selon une caractéristique bien connue des transistors de ce type, cette courbe est sensiblement linéaire, ce qui permet de la tracer à partir de ces deux points de mesure seulement. Elle s'infléchit simplement au moment du seuil de conduction pour présenter un léger coude, comme représenté sur la figure. C'est en particulier cette inflexion qui apporte des difficultés de mesure directe de Vtt, parce que la tension de seuil ne peut pas être définie avec une précision suffisante. Conventionnellement, on prendra strictement une droite passant par les deux points de mesure. Cette droite rencontre l'axe des abscisses, pour lequel le courant Icel est nul, pour une valeur de Vpp qui sera définie comme étant, justement, la tension de seuil VT. L'ensemble de ces opérations sera, bien entendu, mis en oeuvre à l'aide d'un processus automatisé, par exemple avec un automate programmable, qui sélectionnera les cellules de la mémoire les unes après les autres, appliquera les valeurs adéquates de Vcc et les rampes de tension correspondantes sur Vpp, puis mémorisera toutes les valeurs de Vpp correspondant à tous les basculements. Le cas échéant, cet automate pourra d'ailleurs effectuer toutes les mesures sur toutes les cellules pour une première valeur de Vcc correspondant à Il, puis recommencer pour une deuxième valeur de Vcc correspondante à I2, ce qui peut raccourcir encore la durée totale des opérations en n'effectuant qu'une seule commutation de Vcc sur l'ensemble des mesures. Les calculs pour obtenir les différents VT se font ensuite, après les mesures. La rapidité du processus, par rapport à celui connu auparavant, vient justement de ce que la détection du basculement à l'aide de l'amplificateur différentiel 102 correspond à une lecture ordinaire d'une cellule de mémoire, qui peut s'effectuer en un temps très court, de 11 ordre par exemple de la centaine de nanosecondes. A la fin des opérations, on obtient donc les tensions de seuil VT de toutes les cellules de la mémoire. L'exploitation de cette somme de résultats peut se faire de différentes manières. La manière la plus simple consiste à vérifier que l'ensemble des valeurs sont comprises entre une valeur minimale et une valeur maximale, qui ne doivent pas être dépassées sous peine d'avoir une ou plusieurs cellules qui ne fonctionnent pas. Une deuxième méthode consiste à établir une cartographie des valeurs VT dans le plan mémoire en choisissant un mode de représentation approprié, par exemple en divisant l'échelle des tensions de seuil en un certains nombres de segments jointifs et en affectant à chacun de ces segments une couleur déterminée. La représentation cartographique du plan mémoire, par exemple sur un terminal d'ordinateur dans lequel on aura stocké les valeurs des VT, permettra de déterminer très facilement si certaines zones correspondent à des accumulations de valeurs particulières de VT. Une telle constatation permettra, par exemple, de rétroagir sur le procédé de fabrication, pour éliminer des zones particulièrement suspectes d'être défaillantes. La cartographie permet aussi de repérer des phénomènes connus et que l'on cherche à éviter, tels que les pairages entre les lignes et/ou les colonnes de la matrice de cellules formant la mémoire. Ces phénomènes de pairage sont dus, par exemple, à des défauts d'alignement des masque, que l'on cherche à éviter et que l'on a souvent du mal à repérer. On peut enfin utiliser différentes méthodes d'analyse statistique, plus ou moins élaborées. L'une de celles-ci sera, par exemple, une méthode d'analyse statistique, bien connue par ailleurs, qui est illustrée par les figures 3 et 4. Sur la figure 3 on a tracé la courbe cumulative du nombre de cellules N, en fonction des valeurs de VT pour lesquelles ces cellules basculent. On obtient ainsi une courbe semblable à celle correspondant à une fonction de Gauss, dans la même représentation cumulative. Toutefois cette fonction se termine sur deux limites, l'une VT1 correspondant à un seuil minimal en dessous duquel aucune cellule ne bascule, et l'autre VT2 à un seuil maximal au-dessus duquel toutes les cellules basculent. Ce seuil VT2 correspond au nombre Nm qui est le total des cellules de la mémoire. En effet, ces deux valeurs doivent exister pour que la mémoire fonctionne correctement. La fonction se distingue ainsi de la courbe de Gauss pour laquelle, mathématiquement, VT irait de 0 à l'infini. Une autre représentation, mathématiquement équivalente, mais plus parlante au regard, consiste à tracer la courbe différentielle du nombre En de cellules qui basculent pour une valeur définie de la tension VT. Cette courbe sera tracée par points en prenant le nombre En de cellules qui basculent entre deux valeurs de VT très rapprochées. Elle correspond, en fait, à la dérivée de la courbe de la figure 3 et elle se termine donc sur les deux valeurs VT1 et VT2. L'intérêt de la représentation de la figure 4 réside dans ce que l'on peut définir, expérimentalement, un gabarit à l'intérieur duquel la courbe doit être située pour que la mémoire testée soit satisfaisante. On obtient ainsi une méthode de tri des mémoires du type passe/passe pas. REVENDICATIONS 1.- Procédé de mesure de la tension de seuil d'au moins une cellule-mémoire, cette cellule comprenant un premier transistor de type FET (101) à grille flottante relié en série entre une première ventrée d'un amplificateur différentiel (102) de lecture et la masse, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les deux étapes suivantes - on impose le passage d'un courant Iref entre une deuxième entrée de l'amplificateur différentiel (102) et la masse, ce courant ayant une première valeur déterminée Il, puis on fait croître une tension Vpp appliquée sur la grille non-flottante du premier transistor, depuis une valeur minimale jusqu'à au moins une première valeur V1 pour laquelle la sortie de l'amplificateur différentiel bascule - On recommence ces opérations pour une deuxième valeur déterminée I2 du courant dans la deuxième entrée, ce qui donne une deuxième valeur V2 de la tension Vpp ; et - on détermine une relation linéaire entre Iref et Vpp correspondant à une droite passant par les points Il/V1 et I2/V2, et on en déduit la valeur VT de la tension Vpp pour laquelle Iref est nul dans cette relation linéaire ; VT étant la tension de seuil à mesurer. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour imposer le courant Iref on utilise un deuxième transistor de type FET (103) à grille non flottante relié en série entre la deuxième entrée de l'amplificateur différentiel (102) et la masse, et que l'on règle la valeur du courant Iref en réglant la valeur d'une tension Vcc appliquée à la grille du deuxième transistor. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel (102) est l'amplificateur normal de lecture de la cellule mémoire. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on arrête la croissance de la tension Vpp appliquée sur la grille du premier transistor (101) dès que l'amplificateur différentiel (102) bascule. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fait croître la tension Vpp appliquée sur la grille du premier transistor (101) entre une tension minimale et une tension maximale encadrant à priori la tension de basculement. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on mesure les tensions de seuil d'un ensemble de cellules-mémoire formant une mémoire intégrée ; ces cellules étant multiplexées entre elles de manière à ce qu'on puisse appliquer la tension Vpp successivement à chacune d'elles, et qu'à ce moment celle qui est sélectionnée soit connectée entre la première entrée de l'amplificateur différentiel (102) et la masse. 7.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on effectue d'abord la première étape pour toutes les cellules de la mémoire intégrée, puis ensuite la deuxième étape pour toutes les cellules de cette mémoire intégrée. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'on trace une courbe de répartition des tensions de seuil VT pour déterminer si cette courbe s'inscrit dans un gabarit permettant de définir la qualité de la mémoire. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé -en ce que l'on détermine une cartographie de la mémoire comportant des valeurs symboliques des tensions de seuil.