JP2008171920A - Semiconductor evaluation circuit and evaluation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor evaluation circuit and a semiconductor evaluation method for quickly measuring a large scale semiconductor element in higher accuracy. <P>SOLUTION: The semiconductor evaluation circuit is provided with an evaluation cell array formed by arranging evaluation cells in the row and column directions like a matrix, a first bit line and a second bit line for evaluation cells belonging to each column of the evaluation cell array, a recharge circuit for precharging the first bit line and the second bit line, a detecting means for outputting an output signal by detecting voltage difference between the first bit line and the second bit line, a first switch for connecting and disconnecting the first bit line, precharge circuit, and detecting means, and a second switch for connecting and disconnecting the second bit line, precharge circuit and detecting means. The evaluation cell is constituted with a comparator including a pair-transistor for comparison of an input voltage and the reference voltage to output a comparison result, a third switch for connecting and disconnecting one output terminal of the comparator and the first bit line, and a fourth switch for connecting and disconnecting the other output terminal of the comparator and the second bit line. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体評価回路及び評価方法に関し、特に多数の半導体素子の特性を評価するための技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor evaluation circuit and an evaluation method, and more particularly to a technique for evaluating characteristics of a large number of semiconductor elements.

半導体の微細プロセスを開発する場合、微細素子(トランジスタ、抵抗素子等)の特性の評価解析を行うため、種々の寸法の素子からなるTEG(Test Element Group)を半導体ウェハー中に作製し、その評価解析結果を基にプロセス条件等を設定することで大量生産に耐えうる素子を開発している。   When developing micro processes for semiconductors, TEG (Test Element Group) consisting of elements of various dimensions is fabricated in a semiconductor wafer to evaluate and analyze the characteristics of micro elements (transistors, resistor elements, etc.). We are developing devices that can withstand mass production by setting process conditions based on analysis results.

これまでのプロセス開発では、TEG中に作製された個々のトランジスタの特性を評価、解析することで最適なプロセス条件とトランジスタ構造を設定できたが、微細化が進むにつれて複数のトランジスタ間の特性ばらつきが無視できなくなってきた。
また、トランジスタ周辺の状態によってトランジスタに加えられるストレスが変わり、トランジスタの特性が変化するという現象も無視できなくなってきている。
In the process development so far, the optimum process conditions and transistor structure could be set by evaluating and analyzing the characteristics of individual transistors fabricated in the TEG. Can no longer be ignored.
In addition, the phenomenon that the stress applied to the transistor changes depending on the state of the transistor and the characteristics of the transistor change cannot be ignored.

このような状況から、例えば加工レベルが45nmの微細プロセスでは、隣接したトランジスタであっても両者の特性がばらついてしまうので、SRAM(Static Random Access Memory)等の微小信号をペアトランジスタ(隣接した2つのトランジスタ)で検知するような検知回路、増幅回路は動作マージンが低下するか、あるいは動作不能になることが予測されている。   From such a situation, for example, in a fine process with a processing level of 45 nm, the characteristics of both transistors vary even if they are adjacent transistors. Therefore, a small signal such as SRAM (Static Random Access Memory) is transferred to a pair transistor (adjacent 2 It is predicted that the detection circuit and the amplification circuit that detect with two transistors) have a reduced operating margin or become inoperable.

この場合、個々のトランジスタの評価のみでは十分なデータが得られないため、大量のトランジスタの特性を評価し、統計処理して分析を行ない、システマティックな特性差とばらつきによる特性差とを分離して解析できるような大規模なTEGが必要である。   In this case, sufficient data cannot be obtained only by evaluating individual transistors. Therefore, the characteristics of a large number of transistors are evaluated, analyzed by statistical processing, and systematic characteristic differences and characteristic differences due to variations are separated. A large-scale TEG that can be analyzed is required.

従来、大規模な素子評価を行うTEGとして、例えば図1(a)に示すように複数個のトランジスタをマトリックス状に配置して評価できるDMA(Device Matrix Array)−TEGがある(非特許文献1参照)。   Conventionally, as a TEG for performing large-scale element evaluation, for example, there is a DMA (Device Matrix Array) -TEG in which a plurality of transistors are arranged in a matrix as shown in FIG. reference).

同図を参照して従来技術に係るDMA−TEGの構成を以下に説明する。DUT11〜DUTnmは被測定トランジスタである。被測定トランジスタDUT11〜DUT1mのドレインは、共通ドレイン線D1に接続され、ソースは共通ソース線S1に接続される。共通ドレイン線D1はスイッチSW2を介してドレイン電圧が供給される共通のドレインフォース線(Drain Force)に接続される。また、共通ドレイン線D1の電圧をモニターするために、ドレイン電圧センス線DS1がスイッチSW1を介してドレインセンス線(Drain Sense)に接続される。   The configuration of the DMA-TEG according to the prior art will be described below with reference to FIG. DUT11 to DUTnm are transistors to be measured. The drains of the transistors under measurement DUT11 to DUT1m are connected to the common drain line D1, and the sources are connected to the common source line S1. The common drain line D1 is connected via a switch SW2 to a common drain force line (Drain Force) to which a drain voltage is supplied. In order to monitor the voltage of the common drain line D1, the drain voltage sense line DS1 is connected to the drain sense line (Drain Sense) via the switch SW1.

また、共通ソース線S1は共通のソース電源(Source Force)に接続される。さらに、この共通ソース線S1の電圧をモニターするために、共通ソース線S1はスイッチSW3を介してソースセンス線(Source Sense)に接続される。なお、上記のスイッチSW1〜SW3は、図示しないデコーダの出力信号によって制御される。   The common source line S1 is connected to a common source power source (Source Force). Further, in order to monitor the voltage of the common source line S1, the common source line S1 is connected to the source sense line (Source Sense) via the switch SW3. The switches SW1 to SW3 are controlled by an output signal of a decoder (not shown).

これらのセットを一組として、上述と同様な接続でn番目のセットである被測定トランジスタDUTn1〜DUTnmまで設けられている。また、被測定トランジスタDUT11〜DUTn1のゲートは共通ゲート線G1に接続され、同様にして被測定トランジスタDUT1m〜DUTnmのゲートは共通ゲート線Gmに接続される。   With these sets as one set, the transistors to be measured DUTn1 to DUTnm which are the n-th set are provided with the same connection as described above. The gates of the transistors under test DUT11 to DUTn1 are connected to the common gate line G1, and the gates of the transistors under test DUT1m to DUTnm are connected to the common gate line Gm.

また、共通ゲート線G1にはゲート選択回路100を介してゲート電圧VG1またはゲート非選択電圧VGXの何れかが供給される。選択信号EN1がハイレベル(選択)になるとゲート電圧VG1がゲート線G1に供給され、選択信号EN1がローレベル(非選択)になると、ゲート非選択電圧VGXがゲート線G1に供給される。ゲート非選択電圧VGXは通常はゼロボルトであるが、必要に応じてマイナス電圧も設定できる。
このような構成のDMA−TEGにより、m×n個の被測定トランジスタDUT11〜DUTnmの特性が評価できる。
Further, either the gate voltage VG1 or the gate non-selection voltage VGX is supplied to the common gate line G1 through the gate selection circuit 100. When the selection signal EN1 becomes high level (selected), the gate voltage VG1 is supplied to the gate line G1, and when the selection signal EN1 becomes low level (non-selected), the gate non-selection voltage VGX is supplied to the gate line G1. The gate non-selection voltage VGX is normally zero volts, but a negative voltage can be set as required.
With the DMA-TEG having such a configuration, the characteristics of m × n transistors DUT11 to DUTnm can be evaluated.

ここで、上記共通ドレイン線D1にはm個の被測定トランジスタDUT11〜DUT1mが並列接続されているため、各被測定トランジスタにオフリーク電流(トランジスタが完全にオフできずに流れる電流)があると、非選択の被測定トランジスタを通じてリーク電流が流れるため、測定したい被測定トランジスタの特性が正確に評価できなくなる。この場合には、例えばゲート非選択電圧VGXを−0.2V程度にして、オフリーク電流を抑えるようにする。
なお、図1(b)はスイッチSW1〜SW3の回路図である。
Yoshiyuki Shimizu, Mitsuo Nakamura, Toshimasa Matsuoka, and Kenji Taniguchi, ``Test structure for precise statistical characteristics measurement of MOSFETs,'' IEEE 2002 Int. Conference on Microelectronic Test Structure ( ICMTS 2002 ), pp. 49-54, April 2002
Here, since the m measured transistors DUT11 to DUT1m are connected in parallel to the common drain line D1, if each of the measured transistors has an off-leak current (current that flows without the transistor being completely turned off), Since a leak current flows through the non-selected transistor under measurement, the characteristics of the transistor under measurement to be measured cannot be accurately evaluated. In this case, for example, the gate non-selection voltage VGX is set to about −0.2 V so as to suppress the off-leak current.
FIG. 1B is a circuit diagram of the switches SW1 to SW3.
Yoshiyuki Shimizu, Mitsuo Nakamura, Toshimasa Matsuoka, and Kenji Taniguchi, `` Test structure for precise statistical characteristics measurement of MOSFETs, '' IEEE 2002 Int. Conference on Microelectronic Test Structure (ICMTS 2002), pp. 49-54, April 2002

しかしながら、上述の従来技術に係るDMA−TEGによれば、大規模なDMA−TEG(例えばm=n=1024、すなわち1M個のトランジスタ評価が出来るTEG)を構成した場合、測定時間が非常に長くなるという問題があった。   However, according to the DMA-TEG according to the above-described prior art, when a large-scale DMA-TEG (for example, m = n = 1024, that is, a TEG capable of evaluating 1M transistors) is configured, the measurement time is very long. There was a problem of becoming.

例えば、トランジスタの静特性を測定して閾値を求める場合、測定ポイントを粗くしてもドレイン電圧Vdとして0〜2.0Vまで0.1Vステップで20ポイント、ゲート電圧Vgとして0〜2.0Vまで0.1Vステップで20ポイントの測定が必要となる。   For example, when the threshold value is obtained by measuring the static characteristics of a transistor, the drain voltage Vd is 0 point to 0 to 2.0 V, even if the measurement point is rough, and the gate voltage Vg is 0 point to 0 to 2.0 V. Measurement of 20 points is required in 0.1V step.

この静特性の測定では、トランジスタを流れる電流をテスターによって測定するので、電圧を測定する場合と比較して測定時間が長くなる。この場合、テスターによりトランジスタの電流を1ポイント測定するために例えば1msec必要であるとすると、1つのトランジスタについて20×20=400ポイントの測定が必要なため、すべてのトランジスタを測定するためには1m×400×1M=400000sec(約111時間)が必要となる。従って、大量の測定データを得る事は容易ではないという問題があった。あるいは、高速に測定できる非常に高価で高性能なテスターを使用する必要があるという問題があった。   In the measurement of the static characteristics, since the current flowing through the transistor is measured by a tester, the measurement time is longer than that in the case of measuring the voltage. In this case, if 1 msec is required to measure one point of the transistor current by the tester, for example, it is necessary to measure 20 × 20 = 400 points for one transistor. × 400 × 1M = 400000 sec (about 111 hours) is required. Therefore, there is a problem that it is not easy to obtain a large amount of measurement data. Alternatively, there is a problem that it is necessary to use a very expensive and high-performance tester that can measure at high speed.

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、大規模な半導体素子を高精度かつ高速に測定できる半導体評価回路及び評価方法を提供する事である。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor evaluation circuit and an evaluation method capable of measuring a large-scale semiconductor element with high accuracy and high speed.

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、本発明に係る半導体評価回路は、トランジスタ特性を評価するための半導体評価回路であって、評価セルを行及び列方向にマトリックス状に配列してなるn行m列(n,mは正の整数)の評価セルアレイと、前記評価セルアレイの各列に属する前記評価セル用のm本の第1ビット線と、前記評価セルアレイの各列に属する前記評価セル用のm本の第2ビット線と、前記第1ビット線とこれに対応する第2ビット線とをプリチャージするプリチャージ回路と、前記第1ビット線とこれに対応する第2ビット線との電圧差を検出して出力信号を出力する検出手段と、前記第1ビット線と、前記プリチャージ回路及び検出手段とを接続、解放する第1スイッチと、前記第2ビット線と、前記プリチャージ回路及び検出手段とを接続、解放する第2スイッチと、を備え、前記評価セルは、入力電圧と基準電圧との大小関係を比較するためのペアトランジスタを含み、2つの出力端子から比較結果を出力する比較器と、前記比較器の一方の出力端子と前記第1ビット線とを接続、開放する第3スイッチと、前記比較器の他方の出力端子と前記第2ビット線とを接続、開放する第4スイッチと、から構成され、当該半導体評価回路は、前記第1スイッチから前記第4スイッチと前記プリチャージ回路と前記比較器と前記入力電圧と前記基準電圧とを制御する制御手段を備える事を特徴とする。
本発明では、評価対象のトランジスタをペアトランジスタとして比較器を構成し、評価対象のペアトランジスタが属する評価セルの第3スイッチと第4スイッチと、評価セルが属する列の第1スイッチと第2スイッチとを閉状態にする。そして、この比較器に入力電圧と基準電圧とを入力し、比較器を非活性化してプリチャージ回路によって評価対象のペアトランジスタの属する列の第1ビット線と第2ビット線とをプリチャージする。
そして、比較器を活性化し、比較器の出力電圧を検出手段によって検出するようにしたので、ペアトランジスタの閾値の差を求める事が出来る。また、その比較器をマトリックス状に複数個配列したので、評価セルアレイ内の各ペアトランジスタに対して上記の評価を行う事によって、各ペアトランジスタの閾値の差の分布を得る事が出来る。電圧の測定は電流の測定よりも高速に行えるので、大規模な半導体素子を高速かつ高精度に測定できる半導体評価回路が実現出来る。
The present invention has been made to solve the above problems, and a semiconductor evaluation circuit according to the present invention is a semiconductor evaluation circuit for evaluating transistor characteristics, in which evaluation cells are arranged in a matrix in the row and column directions. An evaluation cell array of n rows and m columns (n and m are positive integers) arranged, m first bit lines for the evaluation cells belonging to each column of the evaluation cell array, and each column of the evaluation cell array The m second bit lines for the evaluation cell belonging to the above, a precharge circuit for precharging the first bit line and the corresponding second bit line, and the first bit line and the corresponding bit line Detecting means for detecting a voltage difference from the second bit line and outputting an output signal; a first switch for connecting and releasing the first bit line; the precharge circuit and the detecting means; and the second bit. Line and the A second switch for connecting and releasing the charge circuit and the detection means, and the evaluation cell includes a pair transistor for comparing the magnitude relationship between the input voltage and the reference voltage, and the comparison result from the two output terminals Connecting the output terminal of the comparator and the first bit line to the first bit line, connecting the third switch to open, and connecting the other output terminal of the comparator and the second bit line, A fourth switch that opens, and the semiconductor evaluation circuit includes a control unit that controls the first switch to the fourth switch, the precharge circuit, the comparator, the input voltage, and the reference voltage. It is characterized by providing.
In the present invention, a comparator is configured with the transistor to be evaluated as a pair transistor, and the third switch and the fourth switch of the evaluation cell to which the pair transistor to be evaluated belongs, and the first switch and the second switch of the column to which the evaluation cell belongs. And closed. Then, an input voltage and a reference voltage are input to the comparator, the comparator is deactivated, and the first bit line and the second bit line of the column to which the pair transistor to be evaluated belongs are precharged by the precharge circuit. .
Since the comparator is activated and the output voltage of the comparator is detected by the detection means, the difference between the threshold values of the pair transistors can be obtained. In addition, since a plurality of the comparators are arranged in a matrix, by performing the above evaluation on each pair transistor in the evaluation cell array, it is possible to obtain a distribution of threshold differences of each pair transistor. Since voltage measurement can be performed faster than current measurement, a semiconductor evaluation circuit capable of measuring a large-scale semiconductor element at high speed and with high accuracy can be realized.

上記半導体評価回路において、前記比較器は、ソース同士が接続され、一方のゲートに入力電圧が入力され、他方のゲートに基準電圧が入力される第1トランジスタと第2トランジスタとからなるペアトランジスタと、前記ペアトランジスタのソースとグランドとの間に接続される電流源と、から構成される事を特徴とする。   In the semiconductor evaluation circuit, the comparator includes a pair transistor including a first transistor and a second transistor in which sources are connected to each other, an input voltage is input to one gate, and a reference voltage is input to the other gate. And a current source connected between the source of the pair transistor and the ground.

上記半導体評価回路において、前記比較器は、前記第1トランジスタのドレインにソースが接続され、前記第3スイッチにドレインが接続され、一定電圧がゲートに印加された第3トランジスタと、前記第2トランジスタのドレインにソースが接続され、前記第4スイッチにドレインが接続され、前記一定電圧がゲートに印加された第4トランジスタと、を更に備えた事を特徴とする。
本発明によれば、第3トランジスタと第4トランジスタのインピーダンスにより、第1スイッチから第4スイッチが発生するノイズが第1トランジスタと第2トランジスタに伝わりにくいので、高精度に評価が行える。
In the semiconductor evaluation circuit, the comparator includes a third transistor in which a source is connected to a drain of the first transistor, a drain is connected to the third switch, and a constant voltage is applied to a gate; and the second transistor And a fourth transistor having a drain connected to the fourth switch, a drain connected to the fourth switch, and the constant voltage applied to the gate.
According to the present invention, the noise generated by the fourth switch from the first switch is not easily transmitted to the first transistor and the second transistor due to the impedance of the third transistor and the fourth transistor, so that the evaluation can be performed with high accuracy.

また、本発明に係る半導体評価方法は、上記半導体評価装置を用いた半導体評価方法であって、前記制御手段が、評価対象の前記ペアトランジスタが属する前記評価セルの前記第3スイッチと前記第4スイッチと、該評価セルが属する列の前記第1スイッチと前記第2スイッチとを閉状態にする第1ステップと、前記制御手段が前記評価対象のペアトランジスタに前記入力電圧と前記基準電圧とを印加する第2ステップと、前記制御手段が前記比較器を非活性化し、前記プリチャージ回路が前記評価対象のペアトランジスタの属する列の前記第1ビット線と第2ビット線とをプリチャージする第3ステップと、前記制御手段が前記比較器を活性化し、前記評価対象のペアトランジスタの前記評価セルアレイ内における位置と前記入力電圧と前記基準電圧と前記検出手段から出力される出力信号とを対応付けて記憶手段に記憶する第4ステップと、を繰り返し行い、前記制御手段が、前記評価対象のペアトランジスタ毎に前記出力信号が反転した時の前記入力電圧と前記基準電圧との関係を前記ペアトランジスタの位置に対応付けて出力手段から出力する第5ステップと、を含む事を特徴とする。
本発明によれば、ペアトランジスタを含んで構成された比較器に入力電圧と基準電圧とを入力し、入力電圧を変化させて比較器の出力電圧の変化を検出手段によって検出するようにしたので、ペアトランジスタの閾値の差を求める事が出来る。また、マトリックス状に複数個配列された各ペアトランジスタに対して上記の評価を行う事によって、各ペアトランジスタの閾値の差の分布を得る事が出来る。電圧の測定は電流の測定よりも高速に行えるので、大規模な半導体素子を高速かつ高精度に測定できる半導体評価回路が実現出来る。
The semiconductor evaluation method according to the present invention is a semiconductor evaluation method using the semiconductor evaluation apparatus, wherein the control means includes the third switch and the fourth switch of the evaluation cell to which the pair transistor to be evaluated belongs. A first step of closing the switch, the first switch and the second switch of the column to which the evaluation cell belongs; and the control means supplies the input voltage and the reference voltage to the pair transistor to be evaluated. A second step of applying, and the control means deactivates the comparator, and the precharge circuit precharges the first bit line and the second bit line of the column to which the pair transistor to be evaluated belongs. 3 steps, the control means activates the comparator, the position of the pair transistor to be evaluated in the evaluation cell array, the input voltage, A fourth step of associating a reference voltage with the output signal output from the detection means and storing it in the storage means, and the control means inverts the output signal for each pair transistor to be evaluated. And a fifth step of outputting the relationship between the input voltage and the reference voltage at the time from the output means in association with the position of the pair transistor.
According to the present invention, the input voltage and the reference voltage are input to the comparator configured to include a pair transistor, and the change in the output voltage of the comparator is detected by the detecting means by changing the input voltage. The difference between the threshold values of the pair transistors can be obtained. Further, by performing the above evaluation on each pair of transistors arranged in a matrix, it is possible to obtain a distribution of differences in threshold values of each pair of transistors. Since voltage measurement can be performed faster than current measurement, a semiconductor evaluation circuit capable of measuring a large-scale semiconductor element at high speed and with high accuracy can be realized.

本発明によれば、評価対象のトランジスタをペアトランジスタとして比較器を構成し、この比較器に入力電圧と基準電圧とを入力し、入力電圧を変化させて比較器の出力電圧の変化を検出手段によって検出するようにしたので、ペアトランジスタの閾値の差を求める事が出来る。また、その比較器をマトリックス状に複数個配列したので、評価セルアレイ内の各ペアトランジスタに対して評価を行う事によって、各ペアトランジスタの閾値の差の分布を得る事が出来る。電圧の測定は電流の測定よりも高速に行えるので、大規模な半導体素子を高速かつ高精度に測定できる半導体評価回路が実現出来る。   According to the present invention, a comparator is configured with a transistor to be evaluated as a pair transistor, an input voltage and a reference voltage are input to the comparator, and a change in the output voltage of the comparator is detected by changing the input voltage. Therefore, the difference between the threshold values of the paired transistors can be obtained. Further, since a plurality of the comparators are arranged in a matrix, it is possible to obtain a distribution of threshold difference of each pair transistor by evaluating each pair transistor in the evaluation cell array. Since voltage measurement can be performed faster than current measurement, a semiconductor evaluation circuit capable of measuring a large-scale semiconductor element at high speed and with high accuracy can be realized.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図2は、本発明の実施形態に係るDMA−TEGの回路図である。
同図において、T1〜T5はNMOSトランジスタ、S1,S2,BS1a,BS1bはスイッチ、10はセンスアンプ、20はプリチャージ回路、DUT Pairはペアトランジスタ、Cell1−1,Cell1−n、Cellm−1,Cellm−nは評価セルである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a circuit diagram of the DMA-TEG according to the embodiment of the present invention.
In the figure, T1 to T5 are NMOS transistors, S1, S2, BS1a and BS1b are switches, 10 is a sense amplifier, 20 is a precharge circuit, DUT Pair is a pair transistor, Cell1-1, Cell1-n, Cellm-1, Cellm-n is an evaluation cell.

NMOSトランジスタT1,T2は、このDMA−TEGにおいて評価対象となる被測定トランジスタであり、隣接して配置されてペアトランジスタ(DUT Pair)を構成する。また、NMOSトランジスタT1〜T5とスイッチS1,S2は評価セルCell1−1を構成する。   The NMOS transistors T1 and T2 are transistors to be measured that are to be evaluated in the DMA-TEG, and are arranged adjacent to each other to constitute a pair transistor (DUT Pair). The NMOS transistors T1 to T5 and the switches S1 and S2 constitute an evaluation cell Cell1-1.

このDMA−TEGは、ペアトランジスタ(DUT Pair)を含む評価セルCell1−1を行及び列方向にm×n個(m,nは正の整数)マトリックス状に配列して評価セルアレイを構成しているが、理解を容易にするために評価セルアレイの4隅の評価セルCell1−1,Cell1−n,Cellm−1,Cellm−nみを図示している。また、被測定トランジスタT1,T2は耐圧の低い微細トランジスタであり、これら以外は例えば3Vの耐圧を有するトランジスタから構成される。   This DMA-TEG includes an evaluation cell array in which evaluation cells Cell1-1 including a pair transistor (DUT Pair) are arranged in a matrix of m × n (m and n are positive integers) in the row and column directions. However, for easy understanding, evaluation cells Cell1-1, Cell1-n, Cellm-1, and Cellm-n at four corners of the evaluation cell array are illustrated. In addition, the transistors under measurement T1 and T2 are fine transistors with a low withstand voltage, and other than these transistors are composed of transistors having a withstand voltage of 3 V, for example.

まず、評価セルCell1−1の構成について説明する。NMOSトランジスタT1,T2は、それぞれのソースが共通接続される。また、NMOSトランジスタT1のゲートには入力電圧Vinが入力され、NMOSトランジスタT2のゲートには基準電圧Vrefが入力される。   First, the configuration of the evaluation cell Cell1-1 will be described. The sources of the NMOS transistors T1 and T2 are commonly connected. The input voltage Vin is input to the gate of the NMOS transistor T1, and the reference voltage Vref is input to the gate of the NMOS transistor T2.

また、NMOSトランジスタT3,T4は、NMOSトランジスタT1,T2をノイズから分離するために設けられたものであり、NMOSトランジスタT3のソースはNMOSトランジスタT1のドレインに接続され、ゲートに定電圧信号Bias1が入力される。さらに、NMOSトランジスタT4のソースはNMOSトランジスタT2のドレインに接続され、ゲートに定電圧信号Bias1が入力される。   The NMOS transistors T3 and T4 are provided to separate the NMOS transistors T1 and T2 from noise. The source of the NMOS transistor T3 is connected to the drain of the NMOS transistor T1, and the constant voltage signal Bias1 is connected to the gate. Entered. Further, the source of the NMOS transistor T4 is connected to the drain of the NMOS transistor T2, and the constant voltage signal Bias1 is input to the gate.

NMOSトランジスタT5は定電流を流すための電流源として機能し、そのドレインはNMOSトランジスタT1,T2のソースに共通接続され、そのゲートには定電圧信号Bias2が供給され、そのソースはグランドに接続される。   The NMOS transistor T5 functions as a current source for allowing a constant current to flow, its drain is commonly connected to the sources of the NMOS transistors T1 and T2, its gate is supplied with a constant voltage signal Bias2, and its source is connected to the ground. The

上記NMOSトランジスタT1〜T5は、比較器を構成する。つまり、この比較器は、入力電圧Vinと基準電圧Vrefとの大小関係を比較するためのペアトランジスタを含み、2つの出力端子(NMOSトランジスタT3,T4のドレイン)から比較結果を出力するものである。また、この比較器は、NMOSトランジスタT5が定電圧信号Bias2により定電流を流せる様になった場合に活性化され、定電圧信号Bias2が0V等になり定電流を流せない場合に非活性化される。   The NMOS transistors T1 to T5 constitute a comparator. That is, this comparator includes a pair transistor for comparing the magnitude relationship between the input voltage Vin and the reference voltage Vref, and outputs a comparison result from two output terminals (the drains of the NMOS transistors T3 and T4). . The comparator is activated when the NMOS transistor T5 can pass a constant current by the constant voltage signal Bias2, and is deactivated when the constant voltage signal Bias2 becomes 0 V or the like and cannot flow a constant current. The

また、スイッチS1(第3スイッチ),S2(第4スイッチ)はそれぞれNMOSトランジスタT3,T4のドレイン(比較器の出力端子)を共通ビット線Bit1(第1ビット線),Bit1b(第2ビット線)に接続、開放するためのものである。スイッチS1の一端は、NMOSトランジスタT3のドレインに接続され、他端は共通ビット線Bit1に接続される。また、スイッチS2の一端は、NMOSトランジスタT4のドレインに接続され、他端は共通ビット線Bit1bに接続される。さらに、スイッチS1,S2にはXセレクト信号X1が入力され、開閉状態が制御される。   The switches S1 (third switch) and S2 (fourth switch) are connected to the drains (output terminals of the comparators) of the NMOS transistors T3 and T4, respectively, as a common bit line Bit1 (first bit line) and Bit1b (second bit line). ) To connect and release. One end of the switch S1 is connected to the drain of the NMOS transistor T3, and the other end is connected to the common bit line Bit1. One end of the switch S2 is connected to the drain of the NMOS transistor T4, and the other end is connected to the common bit line Bit1b. Further, the X select signal X1 is input to the switches S1 and S2, and the open / close state is controlled.

この評価セルCell1−1と同一構成の評価セルがn×m個の評価セルアレイを構成する。この評価セルアレイはn本のXセレクト信号X1〜Xnと、m本のYセレクト信号Y1〜Ymと、m本の共通ビット線Bit1〜Bitmと、m本の共通ビット線Bit1b〜Bitmbとを備える。
つまり、このDMA−TEGは、評価セルアレイの各列に属する評価セル用のm本の第1ビット線(共通ビット線Bit1〜Bitm)と、評価セルアレイの各列に属する評価セル用のm本の第2ビット線(共通ビット線Bit1b〜Bitmb)とを備える。
Evaluation cells having the same configuration as the evaluation cell Cell1-1 constitute n × m evaluation cell arrays. The evaluation cell array includes n X select signals X1 to Xn, m Y select signals Y1 to Ym, m common bit lines Bit1 to Bitm, and m common bit lines Bit1b to Bitmb.
That is, the DMA-TEG includes m first bit lines (common bit lines Bit1 to Bitm) for evaluation cells belonging to each column of the evaluation cell array and m pieces of evaluation cells for evaluation cells belonging to each column of the evaluation cell array. Second bit lines (common bit lines Bit1b to Bitmb).

また、行方向に配置されるn本の定電圧信号Bias1は、図示しないバイアス回路に共通接続される。また、行方向に配置されるn本の定電圧信号Bias2は、図示しないバイアス回路に共通接続される。さらに、各評価セルCell1−1〜Cellm−nに属するペアトランジスタ(DUT Pair)にそれぞれ入力される入力電圧Vinと基準電圧Vrefは、それぞれ図示しないバイアス回路から供給される。これらのバイアス回路は、図示しない制御回路(制御手段)によって制御される。   The n constant voltage signals Bias1 arranged in the row direction are commonly connected to a bias circuit (not shown). The n constant voltage signals Bias2 arranged in the row direction are commonly connected to a bias circuit (not shown). Further, the input voltage Vin and the reference voltage Vref respectively input to the pair transistors (DUT Pair) belonging to the evaluation cells Cell1-1 to Cellm-n are respectively supplied from bias circuits (not shown). These bias circuits are controlled by a control circuit (control means) not shown.

スイッチBS1a(第1スイッチ)の一端は共通ビット線Bit1に接続され、他端はメインビット線MBに接続される。スイッチBS1b(第2スイッチ)の一端は共通ビット線Bit1bに接続され、他端はメインビット線MBbに接続される。また、Yセレクト信号Y1はスイッチBS1a,BS1bに接続される。   One end of the switch BS1a (first switch) is connected to the common bit line Bit1, and the other end is connected to the main bit line MB. One end of the switch BS1b (second switch) is connected to the common bit line Bit1b, and the other end is connected to the main bit line MBb. The Y select signal Y1 is connected to the switches BS1a and BS1b.

同様にして、スイッチBSmaの一端は共通ビット線Bitmに接続され、他端はメインビット線MBに接続される。スイッチBSmbの一端は共通ビット線Bitmbに接続され、他端はメインビット線MBbに接続される。また、Yセレクト信号YmはスイッチBSma,BSmbに接続される。   Similarly, one end of the switch BSma is connected to the common bit line Bitm, and the other end is connected to the main bit line MB. One end of the switch BSmb is connected to the common bit line Bitmb, and the other end is connected to the main bit line MBb. The Y select signal Ym is connected to the switches BSma and BSmb.

また、メインビット線MB,MBbはセンスアンプ10(検出手段)の2つの入力端子に接続される。このセンスアンプ10は、メインビット線MB,MBbの電圧差を増幅して出力信号Outを出力する。換言すると、メインビット線MB,MBbは第1ビット線と第2ビット線の何れかに電気的に接続されるので、センスアンプ10はメインビット線MB,MBbに接続された第1ビット線と第2ビット線との電圧差を増幅する。   The main bit lines MB and MBb are connected to two input terminals of the sense amplifier 10 (detection means). The sense amplifier 10 amplifies the voltage difference between the main bit lines MB and MBb and outputs an output signal Out. In other words, since the main bit lines MB and MBb are electrically connected to either the first bit line or the second bit line, the sense amplifier 10 is connected to the first bit line connected to the main bit lines MB and MBb. The voltage difference with the second bit line is amplified.

また、メインビット線MB,MBbはプリチャージ回路20にも接続される。このプリチャージ回路20は、プリチャージ信号PreChargeに応じてメインビット線MB,MBb(つまりメインビット線MB,MBbに接続された第1ビット線と第2ビット線)をプリチャージするものであり、その構成については後述する。   The main bit lines MB and MBb are also connected to the precharge circuit 20. The precharge circuit 20 precharges the main bit lines MB and MBb (that is, the first bit line and the second bit line connected to the main bit lines MB and MBb) according to the precharge signal PreCharge. Its configuration will be described later.

つまり、第1スイッチは第1ビット線とプリチャージ回路及び検出手段(センスアンプ10)とを接続、解放し、第2スイッチは第2ビット線とプリチャージ回路及び検出手段とを接続、解放する。
なお、Xセレクト信号X1〜XnとYセレクト信号Y1〜Ymは、図示しないデコーダ(制御手段)によって制御される。
That is, the first switch connects and releases the first bit line, the precharge circuit and the detection means (sense amplifier 10), and the second switch connects and releases the second bit line, the precharge circuit and the detection means. .
The X select signals X1 to Xn and the Y select signals Y1 to Ym are controlled by a decoder (control means) not shown.

次に、このDMA−TEGの動作について図3を参照して説明する。同図(a)は各信号の時間変化を示す図であり、同図(b)は選択された1つの評価セルの動作を説明するための回路図である。
同図(b)には、プリチャージ回路20の回路構成も示されている。同図において、21〜23はPMOSトランジスタ、24はインバータである。
Next, the operation of this DMA-TEG will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a diagram showing a time change of each signal, and FIG. 4B is a circuit diagram for explaining the operation of one selected evaluation cell.
FIG. 2B also shows the circuit configuration of the precharge circuit 20. In the figure, 21 to 23 are PMOS transistors, and 24 is an inverter.

以下に、一例としてNMOSトランジスタT1,T2が評価対象として選択された場合について説明する。
まず、図示しないデコーダによりXセレクト信号X1とYセレクト信号Y1が出力され、スイッチS1,S2,BS1a,BS1bが閉(オン)状態となる事によって評価セルCell1−1が選択される(時刻t0)。この時、他のスイッチはすべて開(オフ)状態である。
つまり、制御手段は評価対象のペアトランジスタが属する評価セルの第3スイッチと第4スイッチと、評価セルが属する列の第1スイッチと第2スイッチとを閉状態にする。
Hereinafter, a case where the NMOS transistors T1 and T2 are selected as evaluation targets will be described as an example.
First, the X select signal X1 and the Y select signal Y1 are output by a decoder (not shown), and the evaluation cell Cell1-1 is selected by turning on the switches S1, S2, BS1a, BS1b (time t0). . At this time, all other switches are open (off).
That is, the control means closes the third switch and the fourth switch of the evaluation cell to which the pair transistor to be evaluated belongs, and the first switch and the second switch of the column to which the evaluation cell belongs.

このとき、基準電圧VrefはNMOSトランジスタT1,T2の閾値Vth近辺である例えば0.6Vに設定されており、入力電圧Vinも0.6V付近に設定されている。また、定電圧信号Bias1は1.0Vに設定されている。
つまり、制御手段は評価対象のペアトランジスタに入力電圧と基準電圧とを印加する。
At this time, the reference voltage Vref is set to, for example, 0.6V, which is near the threshold value Vth of the NMOS transistors T1 and T2, and the input voltage Vin is also set to around 0.6V. The constant voltage signal Bias1 is set to 1.0V.
That is, the control means applies the input voltage and the reference voltage to the pair transistor to be evaluated.

ここで、定電圧信号Bias2を0Vに設定し、プリチャージ信号PreChargeをハイレベルに設定し、プリチャージ回路20によってメインビット線MB,MBbを1.2Vにプリチャージする(時刻t0)。
つまり、制御手段が評価対象のペアトランジスタを含む比較器を非活性化し、評価対象のペアトランジスタの属する列の第1ビット線と第2ビット線とをプリチャージする。
Here, the constant voltage signal Bias2 is set to 0V, the precharge signal PreCharge is set to a high level, and the precharge circuit 20 precharges the main bit lines MB and MBb to 1.2V (time t0).
That is, the control means deactivates the comparator including the pair transistor to be evaluated, and precharges the first bit line and the second bit line in the column to which the pair transistor to be evaluated belongs.

このプリチャージ動作について以下に説明する。プリチャージ信号PreChargeがハイレベルになると、インバータ24によって反転されたローレベルの信号がPMOSトランジスタ21〜23のゲートに印加される。これにより、PMOSトランジスタ21〜23はすべてオン状態となり、メインビット線MB,MBbに電気的に接続されている共通ビット線Bit1,Bit1b、センスアンプ10の入力部等が有する寄生容量に電源から電荷を供給してプリチャージを行う。   This precharge operation will be described below. When the precharge signal PreCharge becomes high level, a low level signal inverted by the inverter 24 is applied to the gates of the PMOS transistors 21 to 23. As a result, the PMOS transistors 21 to 23 are all turned on, and the common bit lines Bit1 and Bit1b electrically connected to the main bit lines MB and MBb, and the parasitic capacitance of the input portion of the sense amplifier 10 and the like are charged from the power supply. To precharge.

次に、プリチャージが完了した後、プリチャージ信号PreChargeをローレベルに設定し、定電圧信号Bias2としてNMOSトランジスタT5が定電流を流す事の可能な0.4V程度の電圧を印加する(時刻t1)。   Next, after the precharge is completed, the precharge signal PreCharge is set to a low level, and a voltage of about 0.4 V that allows the NMOS transistor T5 to flow a constant current is applied as the constant voltage signal Bias2 (time t1). ).

ここで、入力電圧Vinとして0.610Vを入力した場合、NMOSトランジスタT1,T2の閾値Vthが等しいと仮定すると、基準電圧Vrefが0.6VであるためNMOSトランジスタT1がオン状態となり、NMOSトランジスタT2がオフ状態となる。その結果、前述のプリチャージによって共通ビット線Bit1に電気的に接続されている系の寄生容量に蓄積されていた電荷が、NMOSトランジスタT1を介してグランドに放電されるので、共通ビット線Bit1の電圧が共通ビット線Bit1bの電圧よりも低下する。その結果、メインビット線MBの電圧がメインビット線MBbの電圧よりも低下する。   Here, when 0.610 V is input as the input voltage Vin, assuming that the threshold voltages Vth of the NMOS transistors T1 and T2 are equal, the NMOS transistor T1 is turned on because the reference voltage Vref is 0.6 V, and the NMOS transistor T2 Is turned off. As a result, the charge accumulated in the parasitic capacitance of the system electrically connected to the common bit line Bit1 by the above-described precharge is discharged to the ground via the NMOS transistor T1, so that the common bit line Bit1 The voltage is lower than the voltage of the common bit line Bit1b. As a result, the voltage of the main bit line MB is lower than the voltage of the main bit line MBb.

そして、メインビット線MB,MBbの電位差をセンスアンプ10が検知(増幅)して出力信号Outとしてローレベルの電圧である判定結果“0”を出力する。一方、入力電圧Vinが0.59Vであれば、出力信号Outとしてハイレベルの電圧である判定結果“1”が出力される。また、入力電圧Vinが基準電圧Vrefと等しい0.6Vの場合にはメインビット線MB,MBbの電圧は不定となり、出力信号Outは“0”あるいは“1”の何れかを出力する。これらの結果を例えば図示しない記憶手段に記憶しておき、後述する閾値の分布を得る際等に利用する。
つまり、制御手段は比較器を活性化し、評価対象のペアトランジスタの評価セルアレイ内における位置と入力電圧と基準電圧と検出手段から出力される出力信号とを対応付けて記憶手段に記憶する。
Then, the sense amplifier 10 detects (amplifies) the potential difference between the main bit lines MB and MBb, and outputs a determination result “0” which is a low level voltage as the output signal Out. On the other hand, if the input voltage Vin is 0.59 V, the determination result “1”, which is a high-level voltage, is output as the output signal Out. When the input voltage Vin is 0.6 V which is equal to the reference voltage Vref, the voltages of the main bit lines MB and MBb are indefinite, and the output signal Out outputs either “0” or “1”. These results are stored in, for example, a storage means (not shown) and used when obtaining a threshold distribution described later.
In other words, the control unit activates the comparator, and stores the position in the evaluation cell array of the pair transistor to be evaluated, the input voltage, the reference voltage, and the output signal output from the detection unit in association with each other in the storage unit.

この判定に要する時間は、メインビット線MB,MBb等の有する寄生容量が電荷を放電する時間によって決まる。メインビット線MB,MBbに電気的に接続されている系の寄生容量Cpが2pF、ペアトランジスタ(DUT Pair)であるNMOSトランジスタT1,T2を流れる電流差ΔIが100nA、センスアンプ10の検知感度がΔV=50mVとすると、判定時間tは概略でt=Cp×ΔV/ΔI=1μsとなり、高速判定が可能となる。   The time required for this determination is determined by the time for which the parasitic capacitances of the main bit lines MB, MBb, etc. discharge electric charges. The parasitic capacitance Cp of the system electrically connected to the main bit lines MB and MBb is 2 pF, the current difference ΔI flowing through the NMOS transistors T1 and T2 which are pair transistors (DUT Pair) is 100 nA, and the detection sensitivity of the sense amplifier 10 is If ΔV = 50 mV, the determination time t is roughly t = Cp × ΔV / ΔI = 1 μs, and high-speed determination is possible.

ここで、プロセスばらつき等の原因により、ペアトランジスタであるNMOSトランジスタT1,T2の閾値Vthがそれぞれ異なっていた場合を考える。例えば、NMOSトランジスタT1の閾値Vthが0.35V、NMOSトランジスタT2の閾値Vthが0.30Vの場合、入力電圧Vin=0.36Vのときに出力信号Outが“0”、入力電圧Vin=0.34Vのときに出力信号Outが“1”になるので、出力信号Outと基準電圧Vrefと入力電圧Vinとの関係から、ペアトランジスタの閾値の差を高速に判定できる。   Here, let us consider a case where the threshold voltages Vth of the NMOS transistors T1 and T2, which are pair transistors, are different due to a process variation or the like. For example, when the threshold value Vth of the NMOS transistor T1 is 0.35V and the threshold value Vth of the NMOS transistor T2 is 0.30V, the output signal Out is “0” when the input voltage Vin = 0.36V, and the input voltage Vin = 0. Since the output signal Out becomes “1” at 34 V, the difference between the threshold values of the pair transistors can be determined at high speed from the relationship among the output signal Out, the reference voltage Vref, and the input voltage Vin.

この様に、上述してきた一連の評価方法を一つの評価セルに対して繰り返し行い、基準電圧Vrefを固定し、出力信号Outが反転するまで入力電圧Vinを変化させる事で一組のペアトランジスタの閾値の差を求める事が出来る。
また、上述してきた一連の評価方法を評価セルアレイ内の各評価セルに対して実行する事によって、評価セルアレイ内のペアトランジスタの閾値の差の分布を高速かつ高精度に得る事が出来る。
In this way, the series of evaluation methods described above are repeatedly performed on one evaluation cell, the reference voltage Vref is fixed, and the input voltage Vin is changed until the output signal Out is inverted, so that a pair of pair transistors is obtained. The threshold difference can be obtained.
Further, by executing the above-described series of evaluation methods for each evaluation cell in the evaluation cell array, it is possible to obtain the distribution of the difference in threshold values of the pair transistors in the evaluation cell array at high speed and with high accuracy.

図4は、このDMA−TEGの出力信号の評価セルアレイ内における分布を示す。
同図(a)〜(e)は、入力電圧Vinと基準電圧Vrefの電圧差ΔV(=入力電圧Vin−基準電圧Vref)をパラメータにして、各ペアトランジスタを選択した時の出力信号Outの値(“0”又は“1”)を各ペアトランジスタの評価セルアレイ内の位置に対応して表している。ここでは、理解を容易にするために10×10個のペアトランジスタの評価結果を示す。
FIG. 4 shows the distribution of output signals of this DMA-TEG in the evaluation cell array.
FIGS. 9A to 9E show values of the output signal Out when each pair transistor is selected using the voltage difference ΔV (= input voltage Vin−reference voltage Vref) between the input voltage Vin and the reference voltage Vref as a parameter. ("0" or "1") is shown corresponding to the position in the evaluation cell array of each pair transistor. Here, in order to facilitate understanding, evaluation results of 10 × 10 pair transistors are shown.

同図(a)に示す様に、電圧差ΔVが+50mVの場合は全てのペアトランジスタに関して出力信号Outが“0”であることから、この例に示したDMA−TEGのペアトランジスタの閾値の差はすべて+50mV以内であることがわかる。
次に、同図(b)に示す様に電圧差ΔVを+25mVにすると、3行2列に属するペアトランジスタ等、一部のペアトランジスタを評価した場合に出力信号Outが“1”に変化する。
As shown in FIG. 6A, when the voltage difference ΔV is +50 mV, the output signal Out is “0” for all the pair transistors, and therefore the difference in threshold values of the pair transistors of the DMA-TEG shown in this example. Are all within +50 mV.
Next, when the voltage difference ΔV is set to +25 mV as shown in FIG. 5B, the output signal Out changes to “1” when some pair transistors such as pair transistors belonging to 3 rows and 2 columns are evaluated. .

次に、同図(c)に示す様に電圧差ΔVを0mVにすると、閾値が等しいペアトランジスタの場合は出力信号Outが不定となるが、閾値に差があるペアトランジスタでは出力信号Outとして“0”または“1”の確定値が出力される。同様に、同図(d),(e)に示す様に電圧差ΔVを順次変化させると、ペアトランジスタの閾値のばらつきの大きさに依存して出力信号Outの状態が“0”から“1”へ変化する。   Next, when the voltage difference ΔV is set to 0 mV as shown in FIG. 5C, the output signal Out is undefined in the case of pair transistors having the same threshold value, but the output signal Out is “ A definite value of “0” or “1” is output. Similarly, when the voltage difference ΔV is sequentially changed as shown in FIGS. 4D and 4E, the state of the output signal Out changes from “0” to “1” depending on the magnitude of the variation in the threshold value of the pair transistors. To change.

同図(f)には、同図(a)〜(e)に示した評価結果をまとめて表示した図を示す。同図は、電圧差ΔVを0から4までの番号に対応付けて、ペアトランジスタの閾値の差の分布を表している。例えば、1行1列に属するペアトランジスタは、同図(b)、(c)より電圧差ΔV=+25mVから0mVになった時に出力信号Outが“0”から“1”に反転しているので、同図(f)において電圧差ΔV=+25〜0mVを示す“1”と表される。同様に、1行2列に属するペアトランジスタは、電圧差ΔV=−25mVから−50mVになった時に出力信号Outが“0”から“1”に反転しているので、同図(f)において電圧差ΔV=−25〜−50mVを示す“3”と表される。
なお、同図(a)〜(e)に示した評価結果は、ディスプレイやプリンタ等(出力手段)によって利用者が認識しやすい様に出力される。
つまり、制御手段は、評価対象のペアトランジスタ毎に出力信号が反転した時の入力電圧と基準電圧との関係をペアトランジスタの位置に対応付けて出力手段から出力する。
The figure (f) shows the figure which displayed the evaluation result shown to the figure (a)-(e) collectively. The figure shows the distribution of the threshold difference of the pair transistors by associating the voltage difference ΔV with the numbers from 0 to 4. For example, in the pair transistors belonging to 1 row and 1 column, the output signal Out is inverted from “0” to “1” when the voltage difference ΔV = + 25 mV to 0 mV from FIGS. In FIG. 6F, the voltage difference ΔV = + 25 to 0 mV is represented by “1”. Similarly, in the pair transistor belonging to 1 row and 2 column, the output signal Out is inverted from “0” to “1” when the voltage difference ΔV = −25 mV to −50 mV, so in FIG. It is expressed as “3” indicating a voltage difference ΔV = −25 to −50 mV.
Note that the evaluation results shown in FIGS. 5A to 5E are output by a display, a printer, or the like (output means) so that the user can easily recognize them.
In other words, the control means outputs the relationship between the input voltage and the reference voltage when the output signal is inverted for each pair transistor to be evaluated from the output means in association with the position of the pair transistor.

上述した様に、同図(f)は評価セルアレイ内のすべてのペアトランジスタの閾値の差を表現できる。これにより、評価セルアレイ中のどの場所にどの程度の閾値のばらつきがあるか一目で判断できる。なお、この図は立体的に表す事もできる。   As described above, FIG. 5F can express the difference in threshold values of all the pair transistors in the evaluation cell array. Thereby, it can be judged at a glance how much the threshold value varies in which place in the evaluation cell array. This figure can also be represented three-dimensionally.

上述してきたDMA−TEGによれば、例えば1M組のペアトランジスタの閾値のばらつきを評価して分析するために必要なテスト時間は、1μs×1M組=1secである。したがって、高精度で大量のデータが高速に取得できる。   According to the DMA-TEG described above, for example, the test time required to evaluate and analyze the variation in threshold values of 1M pairs of transistors is 1 μs × 1M pairs = 1 sec. Therefore, a large amount of data with high accuracy can be acquired at high speed.

なお、本発明ではセンスアンプの特性ばらつきによる影響を極力なくすために、センスアンプ10は全ての評価セルに共通に1個に設定したが、配線容量が増加し、高速測定を妨げる要因になる場合がある。さらに高速測定を求める場合には、スイッチの組(例えばBSmaとBSmb)毎にセンスアンプを複数配置し、さらにスイッチBSma,BSmbを省略して共通ビット線Bitm,Bitmbを直接センスアンプに接続すれば、メインビット線MB,MBbの配線容量とスイッチの容量が削減でき、高速化が可能となる。しかし、この場合には、センスアンプのばらつきを抑えるために、センスアンプを構成するトランジスタの寸法(L及びW)を大きめに設定してばらつきに強くする等の工夫が必要である。
また、上述してきた説明に用いた電圧は一例である。
In the present invention, the number of sense amplifiers 10 is set to one for all evaluation cells in order to minimize the influence due to the variation in the characteristics of the sense amplifiers. However, when the wiring capacity increases, it becomes a factor that hinders high-speed measurement. There is. When further high-speed measurement is required, a plurality of sense amplifiers are arranged for each switch group (for example, BSma and BSmb), and the common bit lines Bitm and Bitmb are directly connected to the sense amplifiers by omitting the switches BSma and BSmb. The wiring capacity of the main bit lines MB and MBb and the capacity of the switch can be reduced, and the speed can be increased. However, in this case, in order to suppress the variation of the sense amplifiers, it is necessary to devise measures such as setting the dimensions (L and W) of the transistors constituting the sense amplifier to be large to make the variation strong.
The voltage used in the above description is an example.

以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、NMOSトランジスタT3,T4は備えなくても良い。また、ペアトランジスタの組数は上述した例に限られない。また、行と列の関係を入れ替えても良い。
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
For example, the NMOS transistors T3 and T4 may not be provided. Further, the number of pairs of transistor pairs is not limited to the example described above. In addition, the relationship between rows and columns may be interchanged.

従来技術に係るDMA−TEGの回路図である。It is a circuit diagram of DMA-TEG which concerns on a prior art. 本発明の実施形態に係るDMA−TEGの回路図である。It is a circuit diagram of DMA-TEG which concerns on embodiment of this invention. 同上のDMA−TEGの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of DMA-TEG same as the above. 同上のDMA−TEGの出力信号の評価セルアレイ内における分布を示す図である。It is a figure which shows distribution in the evaluation cell array of the output signal of DMA-TEG same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

T1〜T5 NMOSトランジスタ、S1,S2,BS1a,BS1b スイッチ、10 センスアンプ、20 プリチャージ回路、DUT Pair ペアトランジスタ、Cell1−1,Cell1−n、Cellm−1,Cellm−n 評価セル   T1-T5 NMOS transistor, S1, S2, BS1a, BS1b switch, 10 sense amplifier, 20 precharge circuit, DUT Pair pair transistor, Cell1-1, Cell1-n, Cellm-1, Cellm-n Evaluation cell

Claims (4)

トランジスタ特性を評価するための半導体評価回路であって、
評価セルを行及び列方向にマトリックス状に配列してなるn行m列(n,mは正の整数)の評価セルアレイと、
前記評価セルアレイの各列に属する前記評価セル用のm本の第1ビット線と、
前記評価セルアレイの各列に属する前記評価セル用のm本の第2ビット線と、
前記第1ビット線とこれに対応する第2ビット線とをプリチャージするプリチャージ回路と、
前記第1ビット線とこれに対応する第2ビット線との電圧差を検出して出力信号を出力する検出手段と、
前記第1ビット線と、前記プリチャージ回路及び検出手段とを接続、解放する第1スイッチと、
前記第2ビット線と、前記プリチャージ回路及び検出手段とを接続、解放する第2スイッチと、を備え、
前記評価セルは、
入力電圧と基準電圧との大小関係を比較するためのペアトランジスタを含み、2つの出力端子から比較結果を出力する比較器と、
前記比較器の一方の出力端子と前記第1ビット線とを接続、開放する第3スイッチと、
前記比較器の他方の出力端子と前記第2ビット線とを接続、開放する第4スイッチと、
から構成され、
当該半導体評価回路は、前記第1スイッチから前記第4スイッチと前記プリチャージ回路と前記比較器と前記入力電圧と前記基準電圧とを制御する制御手段を備える事を特徴とする半導体評価回路。
A semiconductor evaluation circuit for evaluating transistor characteristics,
An evaluation cell array of n rows and m columns (n and m are positive integers) formed by arranging evaluation cells in a matrix in the row and column directions;
M first bit lines for the evaluation cells belonging to each column of the evaluation cell array;
M second bit lines for the evaluation cells belonging to each column of the evaluation cell array;
A precharge circuit for precharging the first bit line and a second bit line corresponding to the first bit line;
Detecting means for detecting a voltage difference between the first bit line and a corresponding second bit line and outputting an output signal;
A first switch for connecting and releasing the first bit line and the precharge circuit and the detection means;
A second switch for connecting and releasing the second bit line and the precharge circuit and the detection means;
The evaluation cell is
A comparator including a pair transistor for comparing the magnitude relationship between the input voltage and the reference voltage, and outputting a comparison result from two output terminals;
A third switch for connecting and opening one output terminal of the comparator and the first bit line;
A fourth switch for connecting and opening the other output terminal of the comparator and the second bit line;
Consisting of
The semiconductor evaluation circuit includes a control means for controlling the first switch to the fourth switch, the precharge circuit, the comparator, the input voltage, and the reference voltage.
前記比較器は、
ソース同士が接続され、一方のゲートに入力電圧が入力され、他方のゲートに基準電圧が入力される第1トランジスタと第2トランジスタとからなるペアトランジスタと、
前記ペアトランジスタのソースに電流を流す電流源と、
から構成される事を特徴とする請求項1に記載の半導体評価回路。
The comparator is
A pair transistor composed of a first transistor and a second transistor, the sources of which are connected, an input voltage is input to one gate, and a reference voltage is input to the other gate;
A current source for passing a current to the source of the pair transistor;
The semiconductor evaluation circuit according to claim 1, comprising:
前記比較器は、
前記第1トランジスタのドレインにソースが接続され、前記第3スイッチにドレインが接続され、一定電圧がゲートに印加された第3トランジスタと、
前記第2トランジスタのドレインにソースが接続され、前記第4スイッチにドレインが接続され、前記一定電圧がゲートに印加された第4トランジスタと、
を更に備えた事を特徴とする請求項2に記載の半導体評価回路。
The comparator is
A third transistor having a source connected to the drain of the first transistor, a drain connected to the third switch, and a constant voltage applied to the gate;
A fourth transistor having a source connected to a drain of the second transistor, a drain connected to the fourth switch, and the constant voltage applied to a gate;
The semiconductor evaluation circuit according to claim 2, further comprising:
請求項1から請求項3までの何れか1項に記載の半導体評価装置を用いた半導体評価方法であって、
前記制御手段が、評価対象の前記ペアトランジスタが属する前記評価セルの前記第3スイッチと前記第4スイッチと、該評価セルが属する列の前記第1スイッチと前記第2スイッチとを閉状態にする第1ステップと、
前記制御手段が前記評価対象のペアトランジスタに前記入力電圧と前記基準電圧とを印加する第2ステップと、
前記制御手段が前記比較器を非活性化し、前記プリチャージ回路が前記評価対象のペアトランジスタの属する列の前記第1ビット線と第2ビット線とをプリチャージする第3ステップと、
前記制御手段が前記比較器を活性化し、前記評価対象のペアトランジスタの前記評価セルアレイ内における位置と前記入力電圧と前記基準電圧と前記検出手段から出力される出力信号とを対応付けて記憶手段に記憶する第4ステップと、
を繰り返し行い、
前記制御手段が、前記評価対象のペアトランジスタ毎に前記出力信号が反転した時の前記入力電圧と前記基準電圧との関係を前記ペアトランジスタの位置に対応付けて出力手段から出力する第5ステップと、
を含む事を特徴とする半導体評価方法。
A semiconductor evaluation method using the semiconductor evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The control means closes the third switch and the fourth switch of the evaluation cell to which the pair transistor to be evaluated belongs, and the first switch and the second switch of the column to which the evaluation cell belongs. The first step;
A second step in which the control means applies the input voltage and the reference voltage to the pair transistor to be evaluated;
A third step in which the control means deactivates the comparator, and the precharge circuit precharges the first bit line and the second bit line of the column to which the pair transistor to be evaluated belongs;
The control means activates the comparator, and associates the position of the pair transistor to be evaluated in the evaluation cell array, the input voltage, the reference voltage, and the output signal output from the detection means in the storage means. A fourth step of storing;
Repeatedly
A fifth step in which the control means outputs from the output means the relationship between the input voltage and the reference voltage when the output signal is inverted for each pair transistor to be evaluated, in association with the position of the pair transistor; ,
Semiconductor evaluation method characterized by including.
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