CN107202949A - 一种器件速度参数的测试方法及系统 - Google Patents

一种器件速度参数的测试方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体领域，公开了一种器件速度参数的测试方法及系统。本发明中，将至少一预设的用于获取信号频率值的测试电路结构设置在芯片电路中；在测试电路结构的信号输入端输入预设的测试信号；获取测试电路结构信号输出端的信号频率值；根据信号频率值获取芯片器件速度参数。这样，通过在芯片电路中设置用于获取信号频率值的测试电路结构的方式，从而根据所获取的信号频率值来获取芯片器件速度参数，相比于现有技术中的芯片器件速度参数的获取方法而言，能够更加直接的获取芯片器件速度参数，并能够获得准确度较高的芯片器件速度参数。

Description

一种器件速度参数的测试方法及系统
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种器件速度参数的测试方法及系统。
背景技术
随着半导体工艺的发展，越来越多的可以实现不同功能的芯片被应用于诸如手机、笔记本电脑、平板电脑等电子设备中。然而，随着半导体工艺中的产品尺寸越来越小，产品良率提升的主要方面就是改善最小输入电压Vccmin。工作人员将芯片电路的频率不断的提高，以满足现今人们对电子设备系统速度的要求，与之带来的便是功耗过大的问题，这个问题在小线宽的产品中被突现出来。为了降低电子设备的功耗，在提高其应用价值又保证系统速度的前提下，唯一的解决办法就是降低其工作电压，从而使得芯片电路在低电压下的性能成为了工作人员的重点研究方向。
传统的芯片工艺性能相关测试是指在芯片生产过程中或者全部生产完成之后的WAT(Wafer Acceptance Test)测试，这是一种对摆放在芯片切割道中的特殊设计结构的电性测试。在现有技术中，获取芯片器件速度参数的方法为：在WAT测试中收集测试参数，通过测试参数中的饱和漏电流和阈值电压间接获得芯片器件速度。然而，这种芯片器件速度获取方法所获取的芯片器件速度准确性较低，并不利于工作人员对芯片电路在低电压下的性能进行研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种器件速度参数的测试方法及系统，使得芯片器件速度参数的准确度得以有效提高。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种器件速度参数的测试方法，包含以下步骤：将至少一预设的用于获取信号频率值的测试电路结构设置在芯片电路中；在测试电路结构的信号输入端输入预设的测试信号；获取测试电路结构信号输出端的信号频率值；根据信号频率值获取芯片器件速度参数。
本发明的实施方式还提供了一种器件速度参数的测试系统，包含：用于获取信号频率值的测试电路结构、芯片电路、测试信号输入模块、信号频率获取模块以及芯片器件速度获取模块；测试电路结构设置在芯片电路中；测试信号输入模块用于将预设的测试信号输入至预设测试电路结构的信号输入端；信号频率获取模块用于获取预设测试电路结构信号输出端的信号频率值；芯片器件速度获取模块用于根据信号频率值获取芯片器件速度参数。
本发明实施方式相对于现有技术而言，将至少一预设的用于获取信号频率值的测试电路结构设置在芯片电路中；在测试电路结构的信号输入端输入预设的测试信号；获取测试电路结构信号输出端的信号频率值；根据信号频率值获取芯片器件速度参数。这样，通过在芯片电路中设置用于获取信号频率值的测试电路结构的方式，从而根据所获取的信号频率值来获取芯片器件速度参数，相比于现有技术中的芯片器件速度参数的获取方法而言，能够更加直接的获取芯片器件速度参数，并能够获得准确度较高的芯片器件速度参数。
另外，预设的测试电路结构为环形振荡器，从而对芯片集成化的影响较小，且成本较低。
另外，芯片电路中设有多个环形振荡器，多个环形振荡器分别设置在芯片电路的空闲位置。这样，各环形振荡器的信号输出端均有一个信号输出，从而能够根据各个信号输出端的信号输出获取多个信号频率值，工作人员便能够根据所获得的多个信号频率值进行平均值或者概率算法的运算，获得更加准确的信号频率值，从而为更准确的获取芯片器件速度参数提供了基础。
另外，芯片电路中设有4个环形振荡器，4个环形振荡器分别设置在芯片电路的四个顶角中。这样，从而能够获得四个信号频率值，工作人员能够根据所获得的四个信号频率值进行平均值或者概率算法的运算，获得较为准确的信号频率值，为获取更准确的芯片器件速度参数提供了基础，且尽量的减小了环形振荡器在芯片电路所占空间。
另外，在根据信号频率值获取芯片器件速度参数的步骤之后，还包含以下步骤：获取芯片电路在晶片允收测试WAT中的测试参数；其中，测试参数至少包含用于检测金属氧化物半导体MOS器件的特征参数；根据MOS器件的特征参数获取芯片电路的器件速度参考参数；检测芯片器件速度参数与器件速度参考参数的差值是否处于预设的参数区间内；若不处于预设的参数区间内，则判定芯片电路存在异常，从而能够根据芯片在WAT测试中的测试参数以及芯片器件速度参数，对芯片电路的状态进行检测，能够方便快捷的检测出芯片电路的好坏。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式中的一种器件速度参数的测试方法的流程图；
图2是根据本发明第一实施方式中的环形振荡器的结构示意图；
图3是根据本发明第二实施方式中的一种器件速度参数的测试方法的流程图；
图4是根据本发明第三实施方式中的一种器件速度参数的测试系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种器件速度参数的测试方法，具体流程如图1所示。
步骤101，将至少一预设的用于获取信号频率值的测试电路结构设置在芯片电路中。
本实施方式中，为降低设计成本，减小由于测试电路结构对芯片集成化的影响，预设的用于获取信号频率值的测试电路结构为环形振荡器(环形振荡器是能够用来产生重复电子讯号的电子元件，能够将直流信号转换为具有一定频率的交流信号输出，广泛用于多中集成电路芯片的设计)。然而，在此并不以此为限，任何能够达到与本实施方式中的测试电路结构相同作用的电路结构，均在本实施方式的保护范围之内。
其中，环形振荡器(如图2所示)由N个反相器2和1个与非门1组成(N为偶数)，与非门1的第一信号输入端B端为测试电路结构的信号输入端，与非门1的信号输出端D端连接第一反相器(图中编号2的箭头所指的反相器则为第一反相器)的信号输入端，第一反相器的信号输出端C端作为环形振荡器的信号输出端，剩余的N-1个反相器串行连接在与非门1的第二信号输入端A端与第一反相器的信号输入端之间。该环形振荡器中的与非门真值表如下表所示：
与非门真值表
具体的说，在对芯片或晶圆进行芯片电路设计时，将环形振荡器设计至芯片电路中。其中，环形振荡器设置在芯片电路的空闲位置。当然，在实际操作时，可以在芯片电路中设有多个环形振荡器，从而为更准确的获取芯片器件速度参数提供了基础。即，工作人员能够获得多个环形振荡器的信号输出端的信号频率值，根据概率或者算平均值的方法，获取准确度更高的芯片器件速度参数。而在本实施方式中，芯片电路中设有4个环形振荡器，4个环形振荡器分别设置在芯片电路的四个顶角中，从而在尽量减小环形振荡器在芯片电路所占空间的前提下，也能够获得准确度较高的芯片器件速度参数。
步骤102，在测试电路结构的信号输入端输入预设的测试信号。
具体的说，在环形振荡器的信号输入端(即与非门的第一信号输入端B端)输入预设的直流信号。其中，预设的测试信号由工作人员提前根据芯片电路本身规格进行选定。
步骤103，获取测试电路结构信号输出端的信号频率值。
具体的说，在环形振荡器信号输出端可以连接有频率测定仪，该频率测定仪用以检测并获取环形振荡器信号输出端所输出的交流信号的频率。
步骤104，根据信号频率值获取芯片器件速度参数。
具体的说，步骤103中所获取的信号频率值直接反应了芯片电路本身的速度参数，而芯片电路本身的速度参数与芯片器件速度参数之间具有一定的比例关系，工作人员可以根据芯片电路的规格进行对应的换算，以获取芯片器件速度参数。
不难看出，本实施方式中，通过在芯片电路中设置用于获取信号频率值的测试电路结构的方式，从而根据所获取的信号频率值来获取芯片器件速度参数，由于频率测试直接监控了芯片本身的器件速度，因此更加准确，更符合电路设计本身。相比于现有技术中的芯片器件速度参数的获取方法而言，能够更加直接的获取芯片器件速度参数，并能够获得准确度较高的芯片器件速度参数。即，本实施方式实现了利用可测试性设计DFT(Discrete FourierTransform)的测试结构获得准确度较高的芯片器件速度参数，该芯片器件速度参数能够有效的反应出芯片电路在低电压下工作状况，获得准确度较高的芯片器件速度参数能够为工作人员通过各种电性和数据失效分析手段，找到有效的提升产品性能方法、降低Vccmin以及提升产品良率提供了基础。
本发明的第二实施方式涉及一种器件速度参数的测试方法，具体流程如图3所示。第二实施方式在第一实施方式的基础上加以改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，在根据信号频率值获取芯片器件速度参数的步骤之后，还对芯片电路的状态进行检测，从而能够方便快捷的检测出芯片电路是否异常。
本实施方式中的步骤201至步骤204与第一实施方式中的步骤101至步骤104大致相同，为避免重复，在此不再赘述，以下对不同部分进行说明：
步骤205，获取芯片电路在晶片允收测试WAT中的测试参数；其中，测试参数至少包含用于检测金属氧化物半导体MOS器件的特征参数。
具体的说，芯片在生产过程中或者完成生产后，工作人员会对芯片进行WAT测试，该项测试为芯片出厂前必须完成的一项测试，该项测试所获取的测试参数作为工厂出货的判断依据。一般而言，WAT测试中所获取的测试参数分为两大类，一类和器件相关的，包括MOS开启电压饱和漏电流，关闭电流、阈值电压等；另一类和工艺相关的，包括结膜层接触电阻栅氧华层电性厚度隔离等。于本实施方式而言，获取的芯片电路在晶片允收测试WAT中的测试参数至少包含MOS器件的饱和漏电流和阈值电压。
步骤206，根据MOS器件的特征参数获取芯片电路的器件速度参考参数。
具体的说，在现有技术中是根据MOS器件的特征参数(即，饱和漏电流和阈值电压)通过计算获取芯片器件速度参数。于本实施方式中，将根据MOS器件的特征参数获取的芯片电路的器件速度，作为器件速度参考参数，即，器件速度参考参数为通过另一种计算方式获取的芯片器件速度参数数值。
步骤207，检测芯片器件速度参数与器件速度参考参数的差值是否处于预设的参数区间内。若是，则结束；否则执行步骤208。其中，预设的参数区间为工作人员根据实际测试经验所获取的用于检测芯片是否处于正常状态的参数区间。
步骤208，判定芯片电路存在异常。
由于，本实施方式中直接通过环形振荡器对信号频率值进行测试，该信号频率值直接与芯片器件速度参数相关联。因此，这实际上类似DFT的测试结构，可以在晶圆级wafer level的基本器件参数的测试chip probing或者封装芯片级packaged chip level的最终测试Final Test中加入此项测试方法，得到芯片器件速度参数。通过这个芯片器件速度参数与WAT中的测试参数做对比分析，从而检测出芯片电路是否异常，并能够有效的帮助工作人员找到芯片电路的工艺异常点。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第三实施方式涉及一种器件速度参数的测试系统，如图4所示，包含：用于获取信号频率值的测试电路结构、芯片电路、测试信号输入模块、信号频率获取模块以及芯片器件速度获取模块。
测试电路结构设置在芯片电路中；测试信号输入模块用于将预设的测试信号输入至预设测试电路结构的信号输入端；信号频率获取模块用于获取预设测试电路结构信号输出端的信号频率值；芯片器件速度获取模块用于根据信号频率值获取芯片器件速度参数。
其中，预设的测试电路结构为环形振荡器，测试信号输入模块可以是用于输入直流信号的信号源，则在环形振荡器的信号输入端输入直流信号，环形振荡器信号输出端的输出交流信号。信号频率获取模块可以是频率测定仪，芯片器件速度获取模块可以包含主处理器的终端。
在实际操作时，器件速度参数的测试系统中可以包含有多个环形振荡器，多个环形振荡器均设置在芯片电路中，且多个环形振荡器分别设置在芯片电路的空闲位置。于本实施方式中，器件速度参数的测试系统包含有4个环形振荡器，4个环形振荡器分别设置在芯片电路的四个顶角中，从而在尽量减小环形振荡器在芯片电路所占空间的前提下，也能够获得准确度较高的的获取芯片器件速度参数。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种器件速度参数的测试方法，其特征在于，包含以下步骤：
将至少一预设的用于获取信号频率值的测试电路结构设置在芯片电路中；
在所述测试电路结构的信号输入端输入预设的测试信号；
获取所述测试电路结构信号输出端的信号频率值；
根据所述信号频率值获取芯片器件速度参数。
2.根据权利要求1所述的器件速度参数的测试方法，其特征在于，所述预设的测试电路结构为环形振荡器。
3.根据权利要求2所述的器件速度参数的测试方法，其特征在于，所述环形振荡器由N个反相器和1个与非门组成；其中，N为偶数；
所述与非门的第一信号输入端为所述测试电路结构的信号输入端；
所述与非门的信号输出端连接第一反相器的信号输入端，所述第一反相器的信号输出端作为所述环形振荡器的信号输出端；
剩余的N-1个反相器串行连接在所述与非门的第二信号输入端与所述第一反相器的信号输入端之间。
4.根据权利要求1所述的器件速度参数的测试方法，其特征在于，所述芯片电路中设有多个环形振荡器，所述多个环形振荡器分别设置在所述芯片电路的空闲位置。
5.根据权利要求4所述的器件速度参数的测试方法，其特征在于，所述芯片电路中设有4个环形振荡器，所述4个环形振荡器分别设置在所述芯片电路的四个顶角中。
6.根据权利要求1所述的器件速度参数的测试方法，其特征在于，在根据所述信号频率值获取芯片器件速度参数的步骤之后，还包含以下步骤：
获取所述芯片电路在晶片允收测试WAT中的测试参数；其中，所述测试参数至少包含用于检测金属氧化物半导体MOS器件的特征参数；
根据所述MOS器件的特征参数获取所述芯片电路的器件速度参考参数；
检测所述芯片器件速度参数与所述器件速度参考参数的差值是否处于预设的参数区间内；
若不处于所述预设的参数区间内，则判定所述芯片电路存在异常。
7.一种器件速度参数的测试系统，其特征在于，包含：用于获取信号频率值的测试电路结构、芯片电路、测试信号输入模块、信号频率获取模块以及芯片器件速度获取模块；
所述测试电路结构设置在所述芯片电路中；
所述测试信号输入模块用于将预设的测试信号输入至所述预设测试电路结构的信号输入端；
所述信号频率获取模块用于获取所述预设测试电路结构信号输出端的信号频率值；
所述芯片器件速度获取模块用于根据所述信号频率值获取芯片器件速度参数。
8.根据权利要求7所述的一种器件速度参数的测试系统，其特征在于，所述预设的测试电路结构为环形振荡器。
9.根据权利要求8所述的一种器件速度参数的测试系统，所述器件速度参数的测试系统包含有多个环形振荡器；
所述多个环形振荡器均设置在所述芯片电路中，且所述多个环形振荡器分别设置在所述芯片电路的空闲位置。
10.根据权利要求9所述的一种器件速度参数的测试系统，所述器件速度参数的测试系统包含有4个环形振荡器，所述4个环形振荡器分别设置在所述芯片电路的四个顶角中。
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