专用于SRAM失配特性研究的可寻址测试芯片的研究与实现

摘要

随着集成电路制造的工艺尺寸不断减小，集成电路制造工艺越来越复杂，由缺陷引起的成品率问题渐趋严重。晶体管的失配问题也因为工艺尺寸的减小而变得严重，失配问题对集成电路的性能的影响非常明显，从而会造成成品率的问题。SRAM单元中的晶体管由于尺寸更小，设计更加紧凑，设计规则更严格等问题，SRAM单元中晶体管的失配问题更加严峻。测试芯片作为监测制造工艺缺陷，评估产品可靠性和提取器件工艺参数的工具，对提升集成电路制造工艺成品率起着举足轻重的作用。可寻址测试芯片由于在放置测试结构的数量上具有非常大的优势而成为测试芯片分支的研究热点。本文围绕更高面积利用率和测试精度的专用于SRAM失配特性研究的可寻址测试芯片展开了研究:
　　1)针对SRAM的特殊结构，提出了一种专用于SRAM单元中晶体管对的失配特性研究的测试结构的设计方法。对于SRAM单元中的PD、PG和PU三种类型的晶体管对，分别设计了其对应的测试结构。这些测试结构都是在原始的SRAM单元版图的基础上修改而得到的，修改的原则是保持其前端设计不变，修改部分金属绕线隔离待测晶体管与其他晶体管的连接，并且修改后的测试结构版图保持对称。
　　2)针对专用于SRAM单元晶体管对的失配特性的测试设计了放置在划片槽的可寻址测试芯片。该方法实现了在68×2381 um2的测试芯片面积内放置120对DUT，并能够准确的测量每个DUT的晶体管性能参数:饱和状态下的漏极和源极之间的电流、亚阈值电流、饱和状态下的阈值电压和线性状态下的阈值电压。这种测试芯片在28 nm CMOS工艺下进行了流片，并对其进行了测试，验证了这种设计方法的可行性和测试精度。

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摘要

图目录

表目录

第一章 绪论

1．1 集成电路发展的概述

1．2 集成电路制造工艺流程

1．3 集成电路的成品率问题

1．4 测试芯片的简述

1．4．1 测试芯片的作用

1．4．2 测试芯片的应用

1．4．3 测试芯片测量与数据分析

1．5 论文研究内容和创新点

1．6 论文结构

第二章 可寻址测试芯片的设计方法

2．1 可寻址测试芯片的研究现状

2．2 可寻址测试芯片的设计思路

2．2．1 模拟测量技术

2．2．2 开关电路的选择

2．3 可寻址测试芯片的设计方案

2．3．1 大型可寻址测试芯片的设计方案

2．3．2 放置在划片槽的可寻址测试芯片的设计方案

2．4 本章小结

第三章 专用于SRAM失配特性的测试结构设计

3．1 CMOS SRAM单元的设计及其工作原理

3．1．1 SRAM单元的读取

3．1．2 SRAM单元的写入

3．2 晶体管的失配特性

3．3 专用于SRAM失配特性测量的测试结构的设计原理

3．4 专用于SRAM失配特性测量的测试结构的版图设计

3．4．1 PD晶体管对测试结构的版图设计

3．4．2 PG晶体管对测试结构的版图设计

3．4．3 PU晶体管对测试结构的版图设计

3．5 本章小结

第四章 专用于SRAM失配特性的可寻址测试芯片设计

4．1 引言

4．2 专用于SRAM失配特性的可寻址测试芯片设计方案

4．3 专用于SRAM失配特性的可寻址测试芯片的测量方案

4．3．1 饱和状态下漏极和源极间电流Idsat的测量

4．3．2 亚阈值电流Ioff的测量

4．3．3 饱和状态下的阈值电压Vtsat的测量

4．3．4 线性状态下的阈值电压Vtlin的测量

4．4 专用于SRAM失配特性的可寻址测试芯片的实现与实验结果分析

4．5 本章小结

第五章 总结

参考文献

作者简历以及在学期间所取得的科研成果