晶体管工艺波动检测系统和检测方法

文档序号:9593426
晶体管工艺波动检测系统和检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体晶体管检测技术,尤其涉及一种晶体管工艺波动检测系统和检测方法。
【背景技术】
[0002]半导体晶体管的工艺波动是指在半导体芯片的制造过程中,由于掺杂物质浓度不均匀、光刻过程的不彻底或平坦化过程的不完美,导致了半导体晶体管的各项参数(例如其沟道长度、宽度以及栅氧厚度等)与理想的数值并不相同,而是存在一定的偏差。工艺波动会影响半导体晶体管自身的阈值电压等电学参数,严重时则会导致晶体管错误导通或错误关断。对于半导体芯片中的多个晶体管之间,工艺波动则会导致各晶体管之间的性能存在差异,进而影响了整个半导体芯片的工作性能。因此,对半导体晶体管工艺波动的检测非常重要。
[0003]目前,对半导体晶体管工艺波动的检测方式,一种是采用物理化学方法,直接测量沟道长度、宽度及栅氧化层厚度等物理量,然后进行综合分析得到工艺波动的情况。但这种方法会对半导体芯片产生难以修复的破坏性损伤,且成本非常高,测量过程非常复杂。另一种方式是通过对易受工艺波动影响的电性参数进行测量,例如阈值电压,通过测量阈值电压,间接获得工艺波动的情况,是目前使用较为广泛的一种检测方式。
[0004]现有技术中,对半导体晶体管的阈值电压的测量是通过获取晶体管的电流电压特性曲线来反推阈值电压的方式,能够获得较为精确的数值,但由于获取电流电压特性曲线的方法较复杂,进而使得对晶体管工艺波动的检测过程也非常复杂,效率较低。

【发明内容】

[0005]本发明提供一种晶体管工艺波动检测系统和检测方法,用于解决现有的半导体晶体管工艺波动的检测方法较复杂的问题,以实现对晶体管工艺波动进行快速、简便地检测。
[0006]本发明实施例提供一种晶体管工艺波动检测系统,包括待测单元阵列、行列译码器、行列选择器和振荡器;
[0007]所述待测单元阵列为由至少两个待测单元组成的阵列;
[0008]所述行列译码器分别与各所述待测单元连接,用于选定待测单元;
[0009]所述行列选择器分别与所述振荡器和各所述待测单元中的待测晶体管连接,用于将选定的待测晶体管连接至所述振荡器;所述振荡器将所述待测晶体管的输出信号转换为脉冲信号,所述脉冲信号的频率与所述待测晶体管的阈值电压对应,以通过所述脉冲信号频率的波动确定所述待测晶体管的阈值电压的波动。
[0010]如上所述的晶体管工艺波动检测系统,所述待测单元还包括辅助检测晶体管,所述辅助检测晶体管与所述待测晶体管的结构相同;
[0011]所述辅助检测晶体管的数据端与所述待测晶体管的数据端串联,所述辅助检测晶体管的控制端与所述待测晶体管的控制端分别接收互为反相的使能信号,以在所述待测晶体管关断时,所述辅助检测晶体管导通而抑制所述振荡器工作。
[0012]如上所述的晶体管工艺波动检测系统,所述待测晶体管和辅助检测晶体管为P沟道场效应管;
[0013]所述辅助检测晶体管的源极接收高电平信号,漏极与所述待测晶体管的源极连接,所述待测晶体管的漏极接地;
[0014]所述待测晶体管的源极还作为所述待测晶体管的输出端,与所述振荡器连接。
[0015]如上所述的晶体管工艺波动检测系统,所述振荡器包括依次连接成环状的奇数级反相器,其中一级反相器的输出端作为所述振荡器的输出端;
[0016]各级反相器的第一连接端接收高电平信号,第二连接端均与所述待测单元的输出端连接。
[0017]如上所述的晶体管工艺波动检测系统,所述奇数级反相器中的每一级反相器包括第一场效应管和第二场效应管,所述第一场效应管为P沟道场效应管,所述第二场效应管为η沟道场效应管;
[0018]所述第一场效应管的源极接收高电平信号,漏极与所述第二场效应管的漏极连接;所述第二场效应管的源极作为所述振荡器的输入端,与所述辅助晶体管的输出端连接;
[0019]所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的栅极连接,且作为所述反相器的输入端与前一级反相器的输出端连接,所述第一场效应管的漏极作为所述反相器的输出端。
[0020]如上所述的晶体管工艺波动检测系统,所述待测晶体管和辅助检测晶体管为η沟道场效应管;
[0021]所述辅助检测晶体管的源极接地,漏极与所述待测晶体管的源极连接,所述待测晶体管的漏极接收高电平信号;
[0022]所述待测晶体管的源极还作为所述待测晶体管的输出端,与所述振荡器连接。
[0023]如上所述的晶体管工艺波动检测系统,所述振荡器包括依次连接成环状的奇数级反相器,其中一级反相器的输出端作为所述振荡器的输出端;
[0024]各级反相器的第一连接端接地,第二连接端均与所述待测单元的输出端连接。
[0025]如上所述的晶体管工艺波动检测系统,所述奇数级反相器中的每一级反相器包括第三场效应管和第四场效应管,所述第三场效应管为η沟道场效应管,所述第四场效应管为P沟道场效应管;
[0026]所述第三场效应管的源极接地,漏极与所述第四场效应管的漏极连接;所述第四场效应管的源极作为所述振荡器的输入端,与所述辅助晶体管的输出端连接;
[0027]所述第三场效应管的栅极与所述第四场效应管的栅极连接,且作为所述反相器的输入端与前一级反相器的输出端连接,所述第三场效应管的漏极作为所述反相器的输出端。
[0028]如上所述的晶体管工艺波动检测系统,还包括分频器;所述分频器与所述振荡器连接,用于对所述振荡器输出的脉冲信号进行分频。
[0029]本方面实施例还提供一种晶体管工艺波动检测方法,包括:
[0030]对由至少两个待测单元组成的待测单元阵列中的待测单元进行选定;
[0031]将选定的所述待测单元中的待测晶体管的输出信号转换为脉冲信号,所述脉冲信号的频率与所述待测晶体管的阈值电压对应,以通过所述脉冲信号频率的波动确定所述待测晶体管的阈值电压的波动。
[0032]如上所述的晶体管工艺波动检测方法,还包括:
[0033]对所述脉冲信号进行分频,以通过分频后的脉冲信号的频率波动确定所述脉冲信号的频率波动。
[0034]本实施例提供的技术方案采用行列译码器在待测单元阵列中选定待测单元,行列选择器将选定的待测单元中的待测晶体管与振荡器连接起来,以使振荡器将待测晶体管输出的信号转换为脉冲信号,通过对各待测单元对应输出的脉冲信号的频率进行检测,根据频率的波动即可确定各待测晶体管阈值电压的波动情况,也即体现出了晶体管工艺波动的情况。与现有技术相比,本实施例提供的技术较为简单,能够实现对半导体晶体管的片内工艺波动进行快速、简便地检测。
【附图说明】
[0035]图1为本发明实施例一提供的晶体管工艺波动检测系统的结构示意图;
[0036]图2为本发明实施例一提供的待测单元和振荡器的结构示意图;
[0037]图3为P沟道场效应管传输电信号的结构TJK意图;
[0038]图4为η沟道场效应管传输电信号的结构TJK意图;
[0039]图5为本发明实施例二提供的待测单元和振荡器的结构示意图;
[0040]图6为本发明实施例三提供的待测单元和振荡器的结构示意图;
[0041]图7为本发明实施例四提供的晶体管工艺波动检测系统中第一类待测单元的结构示意图;
[0042]图8为本发明实施例四提供的晶体管工艺波动检测系统中第二类待测单元的结构示意图;
[0043]图9为本发明实施例五提供的晶体管工艺波动检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0044]实施例一
[0045]图1为本发明实施例一提供的晶体管工艺波动检测系统的结构示意图。如图1所示,本实施例提供的晶体管工艺波动检测系统可以包括:待测单元阵列、行列译码器、行列选择器4和振荡器2,其中,待测单元阵列为由至少两个待测单元I组成的阵列,至少两个待测单元I可组成二维阵列。每一个待测单元I包括一个待测晶体管,本实施例提供的技术方案就是对各待测单元I中的待测晶体管的阈值电压波动情况进行检测,以确定待测晶体管的工艺波动情况。
[0046]行列译码器分别与各待测单元I连接,行列译码器用于接收外部电路发来的待测单元地址数据,并且根据该地址数据在待测单元阵列中选中对应的待测单元I。行列译码器具体可包括行译码器31和列译码器32,行译码器31用于根据外部电路发来的地址数据来识别行地址,列译码器32用于识别列地址,将行地址
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