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纳米工艺集成电路可寻址测试芯片设计方法研究

作　者: 潘伟伟
导　师: 严晓浪; 史峥
学　校: 浙江大学
专　业: 电路与系统
关键词: 集成电路制造工艺成品率测试芯片工艺缺陷工艺波动可寻址
分类号: TN402
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 51次
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内容摘要

测试芯片作为集成电路制造工艺提取工艺器件参数,评估工艺设备性能,制定版图设计规则,检测工艺缺陷以及评估产品可靠性的重要手段,对缩短工艺开发周期、提升成品率起着重要的作用。随着集成电路进入纳米工艺时代,复杂的制造工艺对测试芯片的测试需求不断增加。测试芯片可寻址的设计方法由于能在有限的晶圆面积上对大量的测试结构进行测量,而成为当前制造工艺领域的一大研究热点。本文围绕高测量精度、更高面积利用率的可寻址测试芯片的设计方法展开了以下方面的研究：1)针对工艺开发初始阶段工艺缺陷检测的需要,提出了一种大型可寻址测试芯片的电路设计方法。每个测试结构采用四端法连接以及使用单一的IO NMOS晶体管作为开关电路的做法,既提高了测试结构的阻值/漏电测量精度,又使得测试结构阵列规模可以很大,提高了面积利用率。该方法通用性强、工艺可移植性好,已在65nmCMOS制造工艺得到验证。2)针对缺陷失效分析对缺陷精细定位的需求,对1)进行扩展。物理定位设备上能够提供的探针数量很少(<10),不足以让大型寻址电路正常工作以维持测试结构到PAD的通路。对此,利用原有电路仅增加少量探针引脚让所有的测试结构共用,并将维持测试结构到探针引脚的通路需要的探针数量减少到3个。该方法在110nmCMOS工艺的应用实例中得到证明,并成功定位到对该工艺的金属断路缺陷,并得到有效的失效分析。3)将1)的设计方法应用到工艺量产阶段工艺缺陷检测,并针对划片槽狭长的特点,提出了适合的版图设计方法。将整个版图分成多个独立的模块,每个模块单独设计,而且模块的设计被定制为几种固定的类型。该方法简化了版图设计工作,而且使得设计的版图自动化程度高、扩展性强、工艺可移植性好。该方法在45nm CMOS制造工艺得到验证。4)针对工艺波动引起的MOS器件性能变异检测、诊断、建模的需要,提出一种划片槽MOS器件可寻址的设计方法。该方法可以同时摆放240个MOS器件,并能准确测量每个MOS管的饱和电流、亚阈值漏电、栅极漏电以及阈值电压VT。而且芯片生产至金属层2时即可展开测试,缩短了测试周期。该方法在28nm CMOS制造工艺得到验证。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
目录  11-14
图目录  14-17
表目录  17-18
第一章绪论  18-38
  1.1 集成电路的发展概述  18-20
  1.2 集成电路成品率  20-22
  1.3 集成电路制造工艺及其挑战  22-30
    1.3.1 制造工艺流程  22-23
    1.3.2 工艺制造误差  23-25
    1.3.3 纳米制造工艺面临的挑战  25-30
  1.4 测试芯片  30-36
    1.4.1 测试结构类型及其作用  30-33
    1.4.2 测试芯片的应用  33-34
    1.4.3 测试芯片的测量与分析  34-35
    1.4.4 测试芯片研究现状  35-36
  1.5 论文创新点及论文结构  36-37
  1.6 本章小结  37-38
第二章大型可寻址测试芯片的设计方法  38-73
  2.1 引言  38-41
  2.2 研究现状及挑战  41-46
  2.3 解决方法  46-51
    2.3.1 设计结构  47-48
    2.3.2 模拟测量方法  48-50
    2.3.3 电路简化  50-51
  2.4 开关电路选择及其漏电流降低技术  51-59
    2.4.1 MOS晶体管的漏电流组成  51-53
    2.4.2 漏电流降低技术  53-56
    2.4.3 仿真结果  56-59
  2.5 版图设计  59-60
  2.6 实现与验证  60-66
  2.7 两大扩展性的改进  66-71
    2.7.1 针对失效分析的电路设计改进  66-70
    2.7.2 针对大的测试结构的版图设计改进  70-71
  2.8 本章小节  71-73
第三章放置在划片槽的可寻址测试芯片的设计方法  73-88
  3.1 引言  73-74
  3.2 解决方案  74-84
    3.2.1 设计思路  74-76
    3.2.2 版图设计方法  76-82
    3.2.3 电路设计结构  82-84
  3.3 实现与验证  84-87
  3.4 本章小结  87-88
第四章放置在划片槽的MOS器件可寻址测试芯片的设计方法  88-102
  4.1 引言  88-89
  4.2 设计思路  89-94
  4.3 设计方案  94-98
    4.3.1 饱和电流I_(dsat)测量方法  95-96
    4.3.2 亚阈值漏电I_(off)测量方法  96
    4.3.3 阈值电压V_T测量方法  96-98
    4.3.4 栅极漏电G_(off)测量方法  98
  4.4 实现与验证  98-101
  4.7 本章小结  101-102
第五章总结与展望  102-104
  5.1 论文总结  102
  5.2 展望  102-104
参考文献  104-112
作者简历以及在学期间所取得的科研成果  112

纳米工艺集成电路可寻址测试芯片设计方法研究

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