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      高精度集成電路器件測試設(shè)備的制作方法

      文檔序號:6014267閱讀:595來源:國知局
      專利名稱:高精度集成電路器件測試設(shè)備的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種測試設(shè)備,特別是涉及一種高精度集成電路器件在片電容或等效阻抗的測試設(shè)備。
      背景技術(shù)
      從90nm CMOS集成電路技術(shù)節(jié)點(diǎn)起,隨著器件特征尺寸的不斷縮小,多項(xiàng)集成電路新技術(shù)、新材料與新工藝被不斷引入到器件結(jié)構(gòu)以不斷提高器件與電路性能。這些新技術(shù)包括溝道應(yīng)變、高遷移率溝道(Ge,111-V)異質(zhì)集成等。這些新型的納米MOS器件結(jié)構(gòu)能有效克服器件短溝道效應(yīng)、寄生效應(yīng)、提高導(dǎo)電性能等等,但是器件結(jié)構(gòu)各部分的尺寸大小、材料組成均能影響最終器件性能,因此如何精確測定新技術(shù)對納米溝道傳輸特性(例如有效遷移率的變化)的實(shí)際影響成為重要的課 件導(dǎo)電參數(shù)。現(xiàn)有公知的測量溝道有效遷移率的方法為Split CV法,其可以通過測量MOS器件的電容來間接測量MOS器件溝道有效遷移率。測量MOS器件的電容通常采用半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)(例如美國吉時(shí)利儀器公司的4200-SCS)的C-V測量模塊(例如4200-CVU),帶有雙線SMA的無線電天線接口以及細(xì)同軸電纜接口 BNC,包括多個(gè)中高頻率直流源測量單元SMU,能快速而精確地測量皮法(pF)至微法(UF)級別并且漏電流不大于IpA的普通電容。具體地,施加的測試信號為頻率20Hz至2MHz、電壓為IOmV至IOOmV的交流差分信號,直流電流為中頻下的IOOmA或高頻下的300mA,IMHz信號下典型的電容精確度為1%,直流電流敏感度為ΙΟηΑ/V,該儀器可采用4個(gè)SMU偏置端子。但是,亞90納米器件結(jié)構(gòu)的溝道電容測試要求不同。對于常規(guī)的MOS而言,柵介質(zhì)的有效柵氧厚度EOT大于I. 4nm,泄漏電流小于O. IpA,待測的最小柵電容以及溝道電容大于lpF。但是對于新型納米器件MOS結(jié)構(gòu)而言,EOT通常小于I. 4nm,泄漏電流大于O. IpA,待測的最小柵電容以及溝道電容數(shù)值小于lpF。因此,超薄柵介質(zhì)(EOT < I. 4nm)的嚴(yán)重漏電(Leakage > O. IpA)影響等效阻抗的測試精度。此外,由于超小溝道電容的直接測試?yán)щy,通常需要特殊器件測試結(jié)構(gòu),測量微小電容的三種方法例如為電荷注入法、交流激勵(lì)法以及帶平衡電容的交流激勵(lì)法,均需要在晶片上制作數(shù)百串并聯(lián)的晶體管(也即測量回路雜散電容或分布電容)從而增大測試的等效電容然后通過反饋?zhàn)杩?、前置運(yùn)算放大器、乘法器等等的測試電路計(jì)算得出實(shí)際要測量的MOS電容,但這將影響芯片的有效面積,此外,這些測試電路中的寄生阻抗以及激勵(lì)信號源的波動(dòng)也會(huì)嚴(yán)重影響測試的精確度。總而言之,現(xiàn)有的測量MOS器件微小電容的方法和設(shè)備對于小尺寸尤其是納米器件已經(jīng)不適用,測試精度低下且測試結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用面積大
      發(fā)明內(nèi)容
      因此,本發(fā)明的目的在于提供一種高精度集成電路器件在片電容測試設(shè)備。本發(fā)明提供了一種高精度集成電路器件測試設(shè)備,包括倍頻器、高頻信號源、電橋自動(dòng)平衡模塊、混頻器和電壓矢量檢測模塊,倍頻器將基頻信號倍增至高頻,高頻信號源將測試信號輸送至待測器件,輸出的測試結(jié)果信號先經(jīng)過電橋自動(dòng)平衡模塊輸送至末端混頻器以降低至基頻,然后通過電壓矢量檢測模塊輸出最終的測試結(jié)果,其特征在于同一電路內(nèi)高頻信號源通過倍頻器產(chǎn)生兩種不同頻率的高頻測試信號用于半導(dǎo)體器件的高頻與射頻雙模式的等效阻抗檢測。其中,所述測試信號為射頻信號以及超高頻信號。其中,所述射頻信號頻率大于IGHz,所述超高頻信號頻率為2至200MHz。其中,采用多級倍頻器將基頻倍增到測試信號所需的頻率。其中,所述基頻頻率為 32. 768KHz、IOOKHz、200KHz、455KHz、600KHz、IMHz。其中,所述高頻信號源包括外接射頻源。其中,外接射頻源經(jīng)由倍頻器連接至信號源端的混頻器,從而產(chǎn)生射頻信號。其中,所述電橋自動(dòng)平衡模塊包括電阻、平衡器、放大器和電壓計(jì),用于將待測器件輸出的信號輸送至混頻器。其中,所述電壓矢量檢測模塊包括電壓計(jì)、相位探測器、調(diào)制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器。依照本發(fā)明的高精度集成電路器件在片電容測試儀器,利用射頻-超高頻雙頻阻抗測試方法直接測定納米溝道超薄柵介質(zhì)的微小電容,通過倍頻技術(shù)在信號源端附加射頻信號源,在輸出端附加混頻器將被測射頻信號混頻到基頻范圍,再使用電流-電壓法直接測定交流阻抗以標(biāo)定電容數(shù)值,可以精確測定納米集成電路器件的在片電容、儀器構(gòu)造簡單、射頻測試可抑制漏電影響、雙頻測試減少寄生參數(shù)影響;無需復(fù)雜的測試方法比如網(wǎng)絡(luò)分析儀以及特殊的測試結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述目的,以及在此未列出的其他目的,在本申請獨(dú)立權(quán)利要求的范圍內(nèi)得以滿足。本發(fā)明的實(shí)施例限定在獨(dú)立權(quán)利要求中,具體特征限定在其從屬權(quán)利要求中。


      以下參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案,其中圖I顯示了依照本發(fā)明的測量MOS電容的測試結(jié)構(gòu)示意圖;圖2顯示了依照本發(fā)明的測試結(jié)構(gòu)的等效阻抗示意圖;圖3顯示了依照本發(fā)明的射頻-超高頻雙頻阻抗測試儀器總體結(jié)構(gòu)示意圖;以及圖4顯示了依照本發(fā)明的射頻-超高頻雙頻阻抗測試儀器具體電路結(jié)構(gòu)。
      具體實(shí)施例方式以下參照附圖并結(jié)合示意性的實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果,公開了一種納米器件溝道超薄柵介質(zhì)電容測試設(shè)備。需要指出的是,類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu),本申請中所用的術(shù)語“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修飾各種器件結(jié)構(gòu)或工藝步驟。這些修飾除非特別說明并非暗示所修飾器件結(jié)構(gòu)或工藝步驟的空間、次序或?qū)蛹夑P(guān)系。參照圖1,顯示了依照本發(fā)明的測量MOS電容來間接測量有效遷移率的測試結(jié)構(gòu)示意圖。采用本文下述的射頻-超高頻雙頻電容測試儀器,其四個(gè)SMU偏置端子分別連接MOS的源極金屬接觸S、漏極金屬接觸D、金屬柵極G以及襯底B,連接方式可以通過探針臺(tái)將SMU偏置端子與晶片上的焊墊端子擠壓電接觸(具體的器件內(nèi)部連接細(xì)節(jié)圖中未示出,僅以連接關(guān)系示意圖表示)。其中,與源極金屬接觸S和漏極金屬接觸D的兩個(gè)SMU端子連線相接,使得器件源漏短路,從該兩端子測溝道電容等效阻抗Zc ;從與金屬柵極G和襯底B相連的兩個(gè)SMU端子處測量柵電容等效阻抗Zg。電容測試儀器選定的工作頻率至少有兩個(gè)范圍,分別為射頻(大于等于IGHz)以及超高頻(2MHz至200MHz范圍內(nèi))。如圖2所示,為該測試結(jié)構(gòu)的等效阻抗示意圖。其中,由于超薄柵介質(zhì)(EOT< I. 4nm)的嚴(yán)重漏電(Leakage > O. IpA)將影響等效阻抗的測試精度,因此實(shí)際的等效阻抗計(jì)算中,在柵介質(zhì)電容C的兩側(cè)有寄生的柵介質(zhì)電阻Rp存在,此外柵與源漏之間還有源串聯(lián)電阻Rs存在,具體的等效阻抗如圖2所示,為C與Rp并聯(lián)之后再串聯(lián)Rs。對于器件柵電容Cgb的測試而言,首先,向測試端口(柵極與襯底)施加第一頻率ω I的交流測試信號,確定MOS器件的第一頻率下的第一阻抗的幅值IZlI與相角Φ1。然后,向測試端口施加第二頻率ω2的交流測試信號,確定MOS器件的第二頻率下的第二阻抗的幅值|Ζ2|與相角Φ2。其中,第一頻率與第二頻率為射頻和超高頻兩者之一(先后順序任意,也即第一頻率可以是射頻也可以是超高頻,第二頻率亦然),具體地,射頻信號頻率大于等于IGHz,超高頻信號頻率為2至200MHz。通過雙頻阻抗幅值與相角的關(guān)系,其數(shù)學(xué)式如式(I)計(jì)算得到Cgb的數(shù)值。
      權(quán)利要求
      1.一種高精度集成電路器件測試設(shè)備,包括倍頻器、高頻信號源、電橋自動(dòng)平衡模塊、混頻器和電壓矢量檢測模塊,倍頻器將基頻信號倍增至高頻,高頻信號源將測試信號輸送至待測器件,輸出的測試結(jié)果信號先經(jīng)過電橋自動(dòng)平衡模塊輸送至末端混頻器以降低至基頻,然后通過電壓矢量檢測模塊輸出最終的測試結(jié)果,其特征在于同一電路內(nèi)高頻信號源通過倍頻器產(chǎn)生兩種不同頻率的高頻測試信號用于半導(dǎo)體器件的高頻與射頻雙模式的等效阻抗檢測。
      2.如權(quán)利要求I的設(shè)備,其中,所述測試信號為射頻信號以及超高頻信號。
      3.如權(quán)利要求2的設(shè)備,其中,所述射頻信號頻率大于1GHz,所述超高頻信號頻率為2至 200MHz。
      4.如權(quán)利要求I的設(shè)備,其中,采用多級倍頻器將基頻倍增到測試信號所需的頻率。
      5.如權(quán)利要求4的設(shè)備,其中,所述基頻頻率為32.768KHz、IOOKHz、200KHz、455KHz、600ΚΗζ、1ΜΗζ。
      6.如權(quán)利要求I的設(shè)備,其中,所述高頻信號源包括外接射頻源。
      7.如權(quán)利要求6的設(shè)備,其中,外接射頻源經(jīng)由倍頻器連接至信號源端的混頻器,從而產(chǎn)生射頻信號。
      8.如權(quán)利要求I的設(shè)備,其中,所述電壓矢量檢測模塊包括電壓計(jì)、相位探測器、調(diào)制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
      9.如權(quán)利要求I的設(shè)備,其中,所述電橋自動(dòng)平衡模塊包括電阻、平衡器、放大器和電壓計(jì),用于將待測器件輸出的信號輸送至混頻器。
      全文摘要
      本發(fā)明提供了一種高精度集成電路器件在片電容測試設(shè)備,包括倍頻器、高頻信號源、電橋自動(dòng)平衡模塊、混頻器和電壓矢量檢測模塊,倍頻器將基頻信號倍增至高頻,高頻信號源將測試信號輸送至待測器件,輸出的測試結(jié)果信號先經(jīng)過電橋自動(dòng)平衡模塊輸送至混頻器以降低至基頻,然后通過電壓矢量檢測模塊輸出最終的測試結(jié)果,其特征在于高頻信號源通過倍頻器產(chǎn)生兩種不同頻率(超高頻段(2至200MHz)與射頻頻段(>1GHz))的高頻測試信號用于被測電容的等效阻抗測試。依照本發(fā)明的高精度集成電路器件在片電容測試儀器,可以精確測定納米集成電路器件的等效阻抗與在片電容,儀器構(gòu)造簡單,射頻測試可抑制電容漏電影響,雙頻測試減少寄生參數(shù)影響;無需復(fù)雜的測試儀器比如網(wǎng)絡(luò)分析儀以及特殊的測試結(jié)構(gòu)。
      文檔編號G01R27/08GK102890231SQ201110203000
      公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
      發(fā)明者殷華湘, 梁擎擎, 鐘匯才 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所
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