[發明專利]一種MOSFET頻率特性偏差檢測器及檢測方法

有效

• 申請號: 200910055782.8
• 申請日: 2009-07-31
• 公開（公告）號: CN101621018A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 任錚;胡少堅;周偉;曹永峰;葉紅波
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G01R23/10
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所
• 代理人: 鄭 瑋

技術領域

本發明涉及集成電路檢測領域，特別是涉及一種集成電路中MOSFET頻率 特性偏差檢測器及檢測方法。

背景技術

隨著集成電路芯片在商業和工業應用中廣泛地使用，集成電路制造工藝也 隨之不斷發展。集成電路設計進入深亞微米時代，當器件尺寸越做越小時，一 個CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工藝從開發到成熟 定型總會伴隨各種各樣的性能波動，其原因是為了達到給定目標，工藝參數(包 括摻雜，掩模技術等)總是進行不斷的調整，工藝上因此存在偏差。總的來說， 一次工藝樣片的性能參數服從正態分布，而多次樣片的均值又在所謂的guard band(安全帶)內波動。最終工藝會“收斂”在接近理想值或者說特征值，而收 斂所需的時間各個工藝廠商都不相同，大約2～3年左右。期間的任何模型更新 變動都是正常的。也就是說在集成電路仿真設計中，會遇到不同程度的器件模 型與實際器件性能存在偏差，實際器件在不同晶圓的不同位置以及出貨的不同 批次也存在性能波動的情況。

例如65nm工藝，MOSFET的溝道長度只有65nm，互連金屬線的寬度和間 距也只有100nm左右，而加工時所采用的紫光波長是193nm。雖然經過工藝工 程師的不懈努力，工藝已經日趨成熟穩定，但是光波導衍射問題仍然使得加工 中存在較大的工藝偏差，直接影響到實際芯片的性能出現波動。在微米工藝加 工環境下，芯片內(甚至晶圓內)存在的工藝波動不是很大，較大的工藝波動 只存在于各個加工批次之間，由于原材料(單晶硅)的性能不同會出現一些工 藝偏差。這些偏差都需要通過建立不同工作條件的模型、設計時事先就考慮如 何保證各個工作條件下都滿足設計指標來控制。為實現對器件參數的波動分析， 一般來說，在集成電路設計之前需要對器件進行Process corner仿真。Process corner庫需要給出工藝的2～3σ分布值，其中包括MOSFET參數，無源器件波 動，互連寄生波動等等。因此，MOSFET的參數波動情況是必須通過檢測測量 掌握得到。這也就是MOSFET常用的Slow、Typical、Fast三個常用庫的來源。 但是對于納米級工藝，僅僅有限幾個工藝庫已經無法滿足晶圓內、芯片內較大 的工藝波動影響了，需要建立專門針對于工藝波動的模型，建立針對工藝波動 的分析方法，才能得到有效的解決。

發明內容

有鑒于上述的問題，本發明的目的在于提供一種集成電路中MOSFET頻率 特性偏差檢測器，用于在納米級工藝針對晶圓內、芯片內工藝波動對MOSFET 器件頻率特性所產生的影響進行檢測與評估。

本發明提出了一種MOSFET頻率特性偏差檢測器，用以探測集成電路制造 過程中由于半導體工藝引起的MOSFET頻率特性的波動，其包括參考電荷電路、 計數器電路和電壓控制振蕩器(voltage-controlled oscillator，VCO)，電壓控制振 蕩器的一端耦接于參考電荷電路，另一端耦接于計數器電路。

本發明所提出的MOSFET頻率特性偏差檢測器，其中參考電荷電路還包括 固定電阻，其一端接地，帶隙電流源，耦接于固定電阻的另一端。

本發明所提出的MOSFET頻率特性偏差檢測器，其中帶隙電流源輸入帶隙 電流與溫度補償電流，通過固定電阻接地，帶隙電流源與固定電阻之間的節點 與地之間的電壓，作為電壓控制振蕩器的控制電壓信號輸入，以得到對應的輸 出電壓信號。

本發明所提出的MOSFET頻率特性偏差檢測器，其中電壓控制振蕩器還包 括第一反相器，其包括第一P型MOS和第一N型MOS，第二反相器，其包括 第二P型MOS和第二N型MOS，第三反相器，其包括第三P型MOS和第三 N型MOS，第一電阻，其一端耦接于第一N型MOS的源極，另一端接地，第 二電阻，其一端耦接于第一N型MOS的漏極，另一端接地，電容，與第二電阻 并聯在第一N型MOS的源極與地之間，其中，第一P型MOS的源極與第一N 型MOS的漏極耦接于第二P型MOS與第二N型MOS的柵極，第二P型MOS 的源極與第二N型MOS的漏極耦接于第三P型MOS與第三N型MOS的柵極， 第三P型MOS的源極與第三N型MOS的漏極耦接于第一P型MOS的柵極。

本發明所提出的MOSFET頻率特性偏差檢測器，其中控制電壓信號通過第 一N型MOS的柵極輸入，輸出電壓信號通過第一N型MOS的漏極輸出。