Mos管阈值电压分布的测量系统及测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种MOS管阈值电压分布的测量系统，包括由多个测量单元并联构成的测量单元阵列以及处理单元。每个测量单元包括尺寸相同的串联的第一MOS管和第二MOS管，以及第三MOS管，第一MOS管和第二MOS管的连接点共同连接第三MOS管。各第一MOS管的漏/源极连接第一电压、栅极相连，各第二MOS管的栅极相连、源/漏极接地，各第三MOS管的源/漏极相连、栅极相连。处理单元通过控制各MOS管的开闭和栅极电压，获得第一MOS管的亚阈值S因子；以及第三MOS管打开和关闭时的测量单元阵列输出的第一总电流和第二总电流比值峰值，从而计算出第一MOS管和第二MOS管阈值电压正态分布的标准差。
【专利说明】
MOS管阈值电压分布的测量系统及测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及CMOS模拟电路设计领域，特别涉及一种M0S管阈值电压分布的测量系 统及测量方法。
【背景技术】
[0002] 阈值电压是M0S晶体管的一个重要的电学参数，也是集成电路制造工艺中的重要 控制参数。由于阈值电压时决定M0S晶体管能否导通的临界栅源电压，其大小及分布对电路 乃至整个芯片的形成具有决定性的影响，因此需要采用正确的方法进行阈值电压的测量， 从而准确地掌握集成电路工艺质量及工艺稳定状况。
[0003] 图1所示为现有技术中M0S晶体管阈值电压的测量电路，通过对单个M0S晶体管的 栅端VG、源端VS、漏端VD和衬底端VB四端施加相应的电压来测量M0S晶体管的性能。然而，这 种方法的主要缺点在于一次测量只能获取一个M0S晶体管的性能，如果要获得全部M0S管的 阈值电压分布，需要大量的测试，效率低下。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种能够高效准确地获取M0S管阈值电压分布特性的方 法。
[0005] 为达成上述目的，本发明提供一种NM0S管阈值电压分布的测量系统，其特征在于， 包括：
[0006] 由多个测量单元并联构成的测量单元阵列，每个所述测量单元包括尺寸相同的串 联的第一匪0S管和第二NM0S管，以及第三匪0S管，所述第一匪0S管的源极和第二匪0S管的 漏极共同连接于第三匪0S管的漏极;所述测量单元阵列中，各所述第一NM0S管的漏极连接 第一电压、栅极相连，各所述第二匪0S管的栅极相连、源极接地，各所述第三匪0S管的源极 相连、栅极相连；
[0007] 处理单元，通过将所述第一电压和各所述第二NM0S管和第三NM0S管的栅极电压设 置为电源电压，打开各所述第二匪0S管和第三匪0S管，并控制各所述第一 NM0S管的栅极电 压从0V至电源电压变化以获取所述第一 NM0S管的亚阈值S因子;通过将所述第一电压设置 为小于等于200mV的低电压，设置各所述第二NM0S管的栅极电压将各所述第二匪0S管置于 亚阈值区，分别在各所述第三匪0S管打开和关闭时控制各所述第一 NM0S管的栅极电压从0V 至电源电压变化，以测量在所述第三NM0S管打开时所述测量单元阵列输出的第一总电流和 关闭时的所述测量单元阵列输出的第二总电流并获得所述第一总电流和第二总电流比值 的峰值;根据所述第一总电流和第二总电流比值峰值时所述第一 NM0S管的栅极电压的电压 值获得所述第三NM0S管打开时每个所述测量单元的第一平均电流函数和关闭时每个所述 测量单元的第二平均电流函数；以及根据所述第一平均电流函数、第二平均电流函数、所述 第一总电流和第二总电流比值的峰值和所述亚阈值S因子获得所述第一 NM0S管和第二NM0S 管阈值电压正态分布的标准差。
[0008] 优选的，所述处理单元在所述第一NM0S管的栅极电压等于所述第二NM0S管的栅极 电压时，获得所述第一总电流和第二总电流比值的峰值。
[0009] 优选的，所述第三NM0S管打开时每一所述测量单元输出的第一电流满足以下公 式：1_ = 所述第三NM0S管关闭时每一所述测量单元输出的第二电流满足以 T八十 T _ i!〇eu(v^v^) {Vth2 < Vthl) 下么式:_ _ U产< w
[0010] 所述亚阈值区s因子满足以下公式
[0011] 其4
:1〇为系数;VG为第一匪0S管和第二NM0S管的栅极电压;Vthi为第一匪0S 管的阈值电压，Vth2为第二NM0S管的阈值电压，其均满足正态分布。
[0012] 优选的，所述第一平均电流函数满足以下公式
[0013] 所述第二平均电流函数满足以下公式：
[0015 ] 其中x=VG-Vthi; y = VG-Vth2; y为阈值电压正态分布的均值。
[0016] 根据本发明的另一方面，还提供了一种PM0S管阈值电压分布的测量系统，包括：
[0017] 由多个测量单元并联构成的测量单元阵列，每个所述测量单元包括尺寸相同的串 联的第一PM0S管和第二PM0S管，以及第三PM0S管，所述第一PM0S管的漏极和第二PM0S管的 源极共同连接于第三PM0S管的源极;所述测量单元阵列中，各所述第一PM0S管的源极连接 第一电压、栅极相连，各所述第二PM0S管的栅极相连、漏极连接第二电压，各所述第三PM0S 管的漏极相连、栅极相连;其中所述第一电压减去第二电压的差值小于等于〇. IV;
[0018] 处理单元，通过将所述第一电压和各所述第二PM0S管和第三PM0S管的栅极电压设 置为电源电压，打开各所述第二PM0S管和第三PM0S管，并控制各所述第一 PM0S管的栅极电 压从0V至电源电压变化以获取所述第一 PM0S管的亚阈值S因子;通过将所述第一电压设置 为小于等于200mV的低电压，设置各所述第二PM0S管的栅极电压将各所述第二PM0S管置于 亚阈值区，分别在各所述第三PM0S管打开和关闭时控制各所述第一PM0S管的栅极电压从0V 至电源电压变化，以测量在所述第三PM0S管打开时所述测量单元阵列输出的第一总电流和 关闭时的所述测量单元阵列输出的第二总电流并获得所述第一总电流和第二总电流比值 的峰值;根据所述第一总电流和第二总电流比值峰值时所述第一 PM0S管的栅极电压的电压 值获得所述第三PM0S管打开时每个所述测量单元的第一平均电流函数和关闭时每个所述 测量单元的第二平均电流函数；以及根据所述第一平均电流函数、第二平均电流函数、所述 第一总电流和第二总电流比值的峰值和所述亚阈值S因子获得所述第一 PM0S管和第二PM0S 管阈值电压正态分布的标准差。
[0019] 优选的，所述处理单元在所述第一PM0S管的栅极电压等于所述第二PM0S管的栅极 电压时，获得所述第一总电流和第二总电流比值的峰值。
[0020] 优选的，所述第三PM0S管打开时每一所述测量单元输出的第一电流满足以下公 式：
[0021] IQN = /Qea(~-~义所述第三PM0S管关闭时每一所述测量单元输出的第二电流满 足以卜A式.術丨/〇ei?(l,G_w队灿 <
[0022] 所述亚阈值区S因子满足以下公式
[0023] 其中
1〇为系数;VG为第一 PM0S管和第二PM0S管的栅极电压;Vthi为第一 PM0S 管的阈值电压，Vth2为第二PM0S管的阈值电压，且均满足正态分布。
[0024] 优选的，所述第一平均电流函数满足以下公式：
[0025] 所述第二平均电流函数满足以下公式：
[0027] 其中x=VG-Vthi; y = VG-Vth2; y为阈值电压正态分布的均值。
[0028] 根据本发明的另一方面，还提供了一种NM0S管阈值电压分布的测量方法，包括:提 供由多个测量单元并联构成的测量单元阵列，每个所述测量单元包括尺寸相同的串联的第 一匪0S管和第二匪0S管，以及第三匪0S管，所述第一 NM0S管的源极和第二匪0S管的漏极共 同连接于第三匪0S管的漏极;所述测量单元阵列中，各所述第一匪0S管的漏极连接第一电 压、栅极相连，各所述第二NM0S管的栅极相连、源极接地，各所述第三NM0S管的源极相连、栅 极相连;将所述第一电压和各所述第二W0S管和第三W0S管的栅极电压设置为电源电压， 打开各所述第二NM0S管和第三NM0S管，并控制各所述第一 NM0S管的栅极电压从0V至电源电 压变化以获取所述第一 NM0S管的亚阈值S因子;将所述第一电压设置为小于等于200mV的低 电压，设置各所述第二匪0S管的栅极电压将各所述第二W0S管置于亚阈值区，分别在各所 述第三NM0S管打开和关闭时控制各所述第一 NM0S管的栅极电压从0V至电源电压变化，以测 量在所述第三NM0S管打开时所述测量单元阵列输出的第一总电流和关闭时的所述测量单 元阵列输出的第二总电流并获得所述第一总电流和第二总电流比值的峰值;根据所述第一 总电流和第二总电流比值峰值时所述第一匪0S管的栅极电压的电压值获得所述第三匪0S 管打开时每个所述测量单元的第一平均电流函数和关闭时每个所述测量单元的第二平均 电流函数；以及根据所述第一平均电流函数、第二平均电流函数、所述第一总电流和第二总 电流比值的峰值和所述亚阈值S因子获得所述第一 NM0S管和第二匪0S管阈值电压正态分布 的标准差。
[0029] 根据本发明的另一方面，还提供了一种PM0S管阈值电压分布的测量方法，包括:提 供由多个测量单元并联构成的测量单元阵列，每个所述测量单元包括尺寸相同的串联的第 一 PM0S管和第二PM0S管，以及第三PM0S管，所述第一 PM0S管的漏极和第二PM0S管的源极共 同连接于第三PM0S管的源极;所述测量单元阵列中，各所述第一PM0S管的源极连接第一电 压、栅极相连，各所述第二PM0S管的栅极相连、漏极连接第二电压，各所述第三PM0S管的漏 极相连、栅极相连;其中所述第一电压减去第二电压的差值小于等于0.1 V;将所述第一电压 和各所述第二PM0S管和第三PM0S管的栅极电压设置为电源电压，打开各所述第二PM0S管和 第三PM0S管，并控制各所述第一PM0S管的栅极电压从0V至电源电压变化以获取所述第一 PMOS管的亚阈值S因子;将所述第一电压设置为小于等于200mV的低电压，设置各所述第二 PM0S管的栅极电压将各所述第二PM0S管置于亚阈值区，分别在各所述第三PM0S管打开和关 闭时控制各所述第一 PM0S管的栅极电压从0V至电源电压变化，以测量在所述第三PM0S管打 开时所述测量单元阵列输出的第一总电流和关闭时的所述测量单元阵列输出的第二总电 流并获得所述第一总电流和第二总电流比值的峰值;根据所述第一总电流和第二总电流比 值峰值时所述第一 PM0S管的栅极电压的电压值获得所述第三PM0S管打开时每个所述测量 单元的第一平均电流函数和关闭时每个所述测量单元的第二平均电流函数；以及根据所述 第一平均电流函数、第二平均电流函数、所述第一总电流和第二总电流比值的峰值和所述 亚阈值S因子获得所述第一PM0S管和第二PM0S管阈值电压正态分布的标准差。
[0030] 本发明的M0S管阈值电压分布测量方法和系统无需一个一个单独对每个M0S管进 行测量，而是利用M0S管阈值电压呈正态分布的特性，通过测量电路的设计对整个测量单元 阵列的全部M0S管同时测量从而计算出阈值电压正态分布的标准差，提高了阈值电压分布 获取的效率和准确性。
【附图说明】
[0031] 图1为现有技术中M0S晶体管阈值电压的测量电路；
[0032]图2为本发明一实施例的NM0S管阈值电压分布的测量系统的不意图；
[0033]图3为根据本发明一实施例在第三NM0S管打开和关闭时测量单元阵列输出的第一 总电流和第二总电流的比值与第一 NM0S管栅极电压的关系示意图；
[0034]图4为本发明一实施例的匪0S管阈值电压分布测量系统得到的标准差和仿真直接 得到的标准差的关系示意图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一 步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也 涵盖在本发明的保护范围内。
[0036]如图2所不，在本发明的一实施例中，NM0S管阈值电压分布的测量系统包括测量单 元阵列1和处理单元2。其中，测量单元阵列1由多个测量单元11并联构成，每个测量单元11 包括尺寸相同且串联的第一NM0S管Ml和第二NM0S管M2,以及第三匪0S管M3。每个测量单元 11中三个NM0S管的连接关系如下：
[0037] 第一 NM0S管Ml的源极和第二NM0S管M2的漏极共同连接于第三NM0S管M3的漏极;各 第一匪0S管Ml的漏极均连接第一电压VI、栅极相连由栅极电压VG1控制；各第二NM0S管M2的 栅极相连由栅极电压Vd空制、源极均连接第二电压V2,本实施例中第二电压V2为地GND，即 各第二NM0S管M2的源极均接地;各第三NM0S管M3的源极相连、栅极相连由栅极电压Vc控制。 [0038] 处理单元2与测量单元阵列相连，用于控制每个测量单元中匪0S管的栅极电压、对 测量单元阵列的输出电流进行测量，并进行相应运算而获得全部的第一和第二NM0S管Ml、 M2阈值电压的正态分布特性。具体来说，首先，处理单元2将第一电压VI和各第二匪0S管M2 的栅极电压V G2以及第三匪0S管M3的栅极电压V。设置为电源电压VDD，打开各第二NM0S管M2 和第三NM0S管M3，并控制各第一NM0S管的栅极电压V G1从0 V至电源电压VDD变化，同时测量测 量单元阵列输出的总电流。由于这些测量单元11是并联连接的，因此将测量的总电流除以 测量单元的个数也就能够得到每个测量单元的电流，以及每个测量单元输出电流随电压Vci 变化的曲线，从该曲线的最大斜率处即可提取出第一NMOS管Ml的亚阈值S因子（亚阈值摆 幅），其满足
[0039]接着，处理单元将第一电压VI设置为低电压，较佳的是设置为200mV以下，同时设 置栅极电压VG2使得各第二NM0S管M2置于亚阈值区，然后在第三NM0S管M3打开时对第一NM0S 管的栅极电压乂^进行扫描（即控制V G1W〇V至电源电压VDD变化），并相应测量测量单元阵列 1输出的第一总电流、在第三匪0S管M3关闭时再次控制第一匪0S管的栅极电压V G1W〇V至电 源电压VDD变化，并相应测量测量单元阵列1输出的第二总电流。同样的，将第一总电流和第 二总电流除以测量单元的个数就能够得到每个测量单元在第三匪0S管M3打开时输出的第 一电流Ion和在第三NM0S管M3关闭时输出的第二电流Ioff。之后，处理单元2根据第一总电 流和第二总电流获得两者比值的峰值，以及峰值时对应的第一 NM0S管的栅极电压VC1的电压 值，根据该电压值获得第三NM0S管打开时每个测量单元的第一平均电流函数Sion和关闭时 每个测量单元的第二平均电流函数Sloff，最后根据第一平均电流函数Slon、第二平均电流 函数Sloff、亚阈值S因子和电流比值的峰值计算出第一 NM0S管和第二NM0S管阈值电压正态 分布的标准差。
[0040] 具体过程如下：
[0041 ]图3所示为第一总电流和第二总电流电流比的曲线，可以发现理想状态下当VC1 = VC2时，电流比值的峰值取到最大，因此在本实施例中处理单元可将VC1 = VC2时的电流比值作 为比值峰值，并根据VG1 = VG2获得每个测量单元在第三匪0S管M3打开和关闭时的平均电流 的函数。而由于测量单元阵列的总电流比值与每个测量单元的平均电流比值是相同的，因 此可以认为峰值AP满足公式：
[0042] 当VG1 = VG2,第三匪0S管M3为关闭时，此时每个测量单元的电流由匪0S管M1、M2中 阈值电压Vth较大的一方决定，SP T _ \J〇ea(y^-vun) (V^ < v.^} 〇FF _ [l0ea(y0-v^ (Vthl < vth2)
[0044] 而当第三NMOS管M3为打开，每个测量单元的电流可以认为只由NMOS管Ml决定，即
[0045] IQN： = iQea(-vG-vthD
[0046] 其中
1〇为系数;Vthi为第一匪0S管的阈值电压，Vth2为第二匪0S管的阈值电 压，由于测量单元阵列具有很多个测量单元，且每个测量单元中匪0S管Ml和M2尺寸完全相 同，因此可以认为Vthl和Vth2均满足同一正态分布。
[0047]因为Vthi服从正态分布，其标准差为〇,所以x = Vc-Vthi也满足正态分布（均值为y, 标准差为〇)，那么NMOS管M3打开时的第一平均电流函数为：
[0049] NM0S管M3关闭时的第二平均电流函数为：
[0054] 那么根据峰值AP和S因子的值就能够求得第一匪0S管Ml的阈值电压分布的标准 差，由于NM0S管Ml和M2尺寸完全相同，也同样获得了NM0S管M2的阈值电压分布的标准差：
[0057] 根据上述方法利用Monte-Carlo仿真得到NM0S管M3打开和关闭时，测量单元阵列 的总电流比曲线，取得该曲线上的峰值AP，以及取得NM0S管Ml的S因子，根据峰值AP和S因子 计算出〇，请参见下表最右列。同时采用现有方式直接读取仿真各NM0S管的阈值电压，得到 阈值电压的标准差，参见下表最左列。下表中列了 25种不同尺寸的匪0S管的结果，可以发现 通过AP和S计算得到的〇与直接得到的〇线性度很好，如图4所示。
[0059] 需要注意的是，上述实施例针对的是NM0S管组成的阵列。对于PM0S管组成的阵列， 每个测量单元中三个PM0S管的连接关系作相应调整:每个测量单元包括尺寸相同的串联的 第一 PM0S管和第二PM0S管，以及第三PM0S管，第一 PM0S管的漏极和第二PM0S管的源极共同 连接于第三PM0S管的源极;各第一 PM0S管的源极连接第一电压VI、栅极相连由栅极电压VG1 控制;各第二PM0S管的栅极相连由栅极电压VC2控制、漏极连接第二电压V2;各第三PM0S管的 漏极相连、栅极相连由栅极电压Vc控制。其中，第二电压比第一电压最多小0.1 V。处理单元 的其他处理动作与上述实施例基本相同，不再另行赘述。
[0060] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例 而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作 若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【主权项】
1. 一种NMOS管阔值电压分布的测量系统，其特征在于，包括： 由多个测量单元并联构成的测量单元阵列，每个所述测量单元包括尺寸相同的串联的 第一醒OS管和第二醒OS管，W及第SNMOS管，所述第一醒OS管的源极和第二醒OS管的漏极 共同连接于第SNMOS管的漏极;所述测量单元阵列中，各所述第一醒OS管的漏极连接第一 电压、栅极相连，各所述第二醒OS管的栅极相连、源极接地，各所述第SNMOS管的源极相连、 栅极相连； 处理单元，通过将所述第一电压和各所述第二NMOS管和第=NMOS管的栅极电压设置为 电源电压，打开各所述第二NMOS管和第S醒OS管，并控制各所述第一醒OS管的栅极电压从 OV至电源电压变化W获取所述第一醒OS管的亚阔值S因子;通过将所述第一电压设置为小 于等于200mV的低电压，设置各所述第二醒OS管的栅极电压将各所述第二NMOS管置于亚阔 值区，分别在各所述第SNMOS管打开和关闭时控制各所述第一NMOS管的栅极电压从OV至电 源电压变化，W测量在所述第=NMOS管打开时所述测量单元阵列输出的第一总电流和关闭 时的所述测量单元阵列输出的第二总电流并获得所述第一总电流和第二总电流比值的峰 值;根据所述第一总电流和第二总电流比值峰值时所述第一 NMOS管的栅极电压的电压值获 得所述第SNMOS管打开时每个所述测量单元的第一平均电流函数和关闭时每个所述测量 单元的第二平均电流函数；W及根据所述第一总电流和第二总电流比值的峰值和所述亚阔 值S因子获得所述第一 NMOS管和第二NMOS管阔值电压正态分布的标准差。2. 根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述处理单元在所述第一醒OS管的栅 极电压等于所述第二NMOS管的栅极电压时，获得所述第一总电流和第二总电流比值的峰 值。3. 根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于， 所述第=NMOS管打开时每一所述测量单元输出的第一电流满足W下公式：所述第=NMOS管关巧 男足W下公式： 所述亚阔值区5因子^ 其牛Io为系数;Vc为第一NMOS管和第二NMOS管的栅极电压;Vthi为第一NMOS管的阔 值电压，Vth2为第二NMOS管的阔值电压，其均满足正态分布。4. 根据权利要求3所述的测量系统，其特征在于， 所述第一平挽由流巧擲滿吊W下公古， 所述第其中X = VG-Vthi; y = VG-Vth2; y为阔值电压正态分布的均值。5. -种PMOS管阔值电压分布的测量系统，其特征在于，包括： 由多个测量单元并联构成的测量单元阵列，每个所述测量单元包括尺寸相同的串联的 第一PMOS管和第二PMOS管，W及第SPMOS管，所述第一PMOS管的漏极和第二PMOS管的源极 共同连接于第SPMOS管的源极;所述测量单元阵列中，各所述第一PMOS管的源极连接第一 电压、栅极相连，各所述第二PMOS管的栅极相连、漏极连接第二电压，各所述第SPMOS管的 漏极相连、栅极相连;其中所述第一电压减去第二电压的差值小于等于0.1 V; 处理单元，通过将所述第一电压和各所述第二PMOS管和第=PMOS管的栅极电压设置为 电源电压，打开各所述第二PMOS管和第SPMOS管，并控制各所述第一 PMOS管的栅极电压从 OV至电源电压变化W获取所述第一 PMOS管的亚阔值S因子;通过将所述第一电压设置为小 于等于200mV的低电压，设置各所述第二PMOS管的栅极电压将各所述第二PMOS管置于亚阔 值区，分别在各所述第SPMOS管打开和关闭时控制各所述第一PMOS管的栅极电压从OV至电 源电压变化，W测量在所述第=PMOS管打开时所述测量单元阵列输出的第一总电流和关闭 时的所述测量单元阵列输出的第二总电流并获得所述第一总电流和第二总电流比值的峰 值;根据所述第一总电流和第二总电流比值峰值时所述第一 PMOS管的栅极电压的电压值获 得所述第SPMOS管打开时每个所述测量单元的第一平均电流函数和关闭时每个所述测量 单元的第二平均电流函数；W及根据所述第一平均电流函数、第二平均电流函数、所述第一 总电流和第二总电流比值的峰值和所述亚阔值S因子获得所述第一 PMOS管和第二PMOS管阔 值电压正态分布的标准差。6. 根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述处理单元在所述第一 PMOS管的栅 极电压等于所述第二PMOS管的栅极电压时，获得所述第一总电流和第二总电流比值的峰 值。7. 根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于， 所述第=PMOS管打开时每一所述测量单元输出的第一电流满足W下公式：所述第SPMOS管关闭时锭一断冰畑Il畳並吊输m約笛^由滿端足W下公式：所述亚阔值区S因子裙 其4:〇为系数;Vg为第一 PMOS管和第二PMOS管的栅极电压;Vthi为第一 PMOS管的 阔值电压，Vth2为第二PMOS管的阔值电压，其均满足正态分布。8. 根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于， 所述第一平均电流函数滿思Pi下公式：所述第二平均电流函数满足W下公式：其中X = Vc-Vthi; y = VG-Vth2; Ji为阔值电压正态分布的均值。9. 一种NMOS管阔值电压分布的测量方法，其特征在于，包括： 提供由多个测量单元并联构成的测量单元阵列，每个所述测量单元包括尺寸相同的串 联的第一醒OS管和第二NMOS管，W及第S醒OS管，所述第一醒OS管的源极和第二醒OS管的 漏极共同连接于第S醒OS管的漏极;所述测量单元阵列中，各所述第一NMOS管的漏极连接 第一电压、栅极相连，各所述第二醒OS管的栅极相连、源极接地，各所述第S醒OS管的源极 相连、栅极相连； 将所述第一电压和各所述第二NMOS管和第=NMOS管的栅极电压设置为电源电压，打开 各所述第二NMOS管和第SNMOS管，并控制各所述第一 NMOS管的栅极电压从OV至电源电压变 化W获取所述第一 NMOS管的亚阔值S因子； 将所述第一电压设置为小于等于200mV的低电压，设置各所述第二NMOS管的栅极电压 将各所述第二NMOS管置于亚阔值区，分别在各所述第=NMOS管打开和关闭时控制各所述第 一NMOS管的栅极电压从OV至电源电压变化，W测量在所述第SNMOS管打开时所述测量单元 阵列输出的第一总电流和关闭时的所述测量单元阵列输出的第二总电流并获得所述第一 总电流和第二总电流比值的峰值； 根据所述第一总电流和第二总电流比值峰值时所述第一 NMOS管的栅极电压的电压值 获得所述第SNMOS管打开时每个所述测量单元的第一平均电流函数和关闭时每个所述测 量单元的第二平均电流函数;W及 根据所述第一平均电流函数、第二平均电流函数、所述第一总电流和第二总电流比值 的峰值和所述亚阔值S因子获得所述第一醒OS管和第二醒OS管阔值电压正态分布的标准 差。10. -种PMOS管阔值电压分布的测量方法，其特征在于，包括： 提供由多个测量单元并联构成的测量单元阵列，每个所述测量单元包括尺寸相同的串 联的第一PMOS管和第二PMOS管，W及第SPMOS管，所述第一PMOS管的漏极和第二PMOS管的 源极共同连接于第SPMOS管的源极;所述测量单元阵列中，各所述第一PMOS管的源极连接 第一电压、栅极相连，各所述第二PMOS管的栅极相连、漏极连接第二电压，各所述第SPMOS 管的漏极相连、栅极相连;其中所述第一电压减去第二电压的差值小于等于0.1 V; 将所述第一电压和各所述第二PMOS管和第SPMOS管的栅极电压设置为电源电压，打开 各所述第二PMOS管和第SPMOS管，并控制各所述第一 PMOS管的栅极电压从OV至电源电压变 化W获取所述第一 PMOS管的亚阔值S因子； 将所述第一电压设置为小于等于200mV的低电压，设置各所述第二PMOS管的栅极电压 将各所述第二PMOS管置于亚阔值区，分别在各所述第=PMOS管打开和关闭时控制各所述第 一PMOS管的栅极电压从OV至电源电压变化，W测量在所述第SPMOS管打开时所述测量单元 阵列输出的第一总电流和关闭时的所述测量单元阵列输出的第二总电流并获得所述第一 总电流和第二总电流比值的峰值； 根据所述第一总电流和第二总电流比值峰值时所述第一 PMOS管的栅极电压的电压值 获得所述第SPMOS管打开时每个所述测量单元的第一平均电流函数和关闭时每个所述测 量单元的第二平均电流函数;W及 根据所述第一平均电流函数、第二平均电流函数、所述第一总电流和第二总电流比值 的峰值和所述亚阔值S因子获得所述第一 PMOS管和第二PMOS管阔值电压正态分布的标准 差D
【文档编号】G01R19/28GK105911339SQ201610219022
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】叶立, 张宁, 王志利
【申请人】上海华力微电子有限公司