JP5521423B2 - Semiconductor integrated circuit evaluation method, semiconductor integrated circuit, and semiconductor integrated circuit evaluation apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、大規模な半導体集積回路上に構成された評価回路における不良トランジスタの検出と、該不良トランジスタの特性測定とを高速で行う半導体集積回路評価方法、半導体集積回路、及び半導体集積回路評価装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit evaluation method, a semiconductor integrated circuit, and a semiconductor integrated circuit evaluation in which a defective transistor is detected in an evaluation circuit configured on a large-scale semiconductor integrated circuit and characteristics of the defective transistor are measured at high speed. Relates to the device.

半導体の微細プロセスを開発する場合においては、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に、種々の寸法の素子を評価するためのTEG(Test Element Group)を作成して大量生産に耐えうる素子を開発してきた。これまでのプロセス開発では、個々のトランジスタの特性の評価解析を行い、最適なプロセスとトランジスタを設定できたが、微細化が進むにつれて、複数のトランジスタの特性のバラツキが無視できなくなってきた。また、素子の近辺の状態によってストレスが変わり、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。   When developing micro processes for semiconductors, a TEG (Test Element Group) is created to evaluate elements of various dimensions in order to evaluate and analyze the characteristics of micro elements (transistors, resistor elements, etc.). We have developed devices that can withstand mass production. In the process development so far, the characteristics and characteristics of each transistor have been evaluated and analyzed, and the optimum process and transistor have been set. However, as the miniaturization has progressed, variations in the characteristics of a plurality of transistors cannot be ignored. In addition, the phenomenon that the stress changes depending on the state of the element and the characteristics of the transistor change cannot be ignored.

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の特性がばらついてしまい、SRAM(Static Random Access Memory)等の微小信号をペア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、あるいは動作不能になることが予測されている。この場合、個々のトランジスタの評価では十分なデータが得られず、大量な素子特性を統計処理し、分析を行い、トランジスタの構成及び配置による特性差、バラツキによる特性差を分離解析できるような、大規模なTEGが必要になってきた。   For example, in a fine process with a processing level of 45 nm, the characteristics of adjacent transistors vary, and the detection margin and the amplification circuit that detect a minute signal such as SRAM (Static Random Access Memory) with a pair transistor decrease the operation margin. Or is expected to become inoperable. In this case, sufficient data cannot be obtained in the evaluation of individual transistors, statistical processing is performed on a large amount of element characteristics, analysis is performed, and characteristic differences due to transistor configuration and arrangement, characteristic differences due to variations can be separated and analyzed, Large-scale TEG has become necessary.

従来、大規模な素子評価を行うTEGとして、例えば、複数個のトランジスタにより構成される評価回路をマトリックス状に配置して評価できるDMA(Device Matrix Array)−TEG(Test Element Group)がある(非特許文献1を参照)。   Conventionally, as a TEG for performing large-scale element evaluation, for example, there is a DMA (Device Matrix Array) -TEG (Test Element Group) in which evaluation circuits composed of a plurality of transistors can be arranged and evaluated (non-elementary). (See Patent Document 1).

また、大規模半導体集積回路の大規模化、及び、プロセス微細化に伴うトランジスタの高集積化により、1つの半導体装置(デバイス)に集積するトランジスタ数が増加し、歩留まりの低下が問題となっている。
例えば、ある半導体装置において、トランジスタの閾値Vthのバラツキが±6σ(σ(シグマ)は標準偏差)まで許容可能なプロセスの場合、図16(A)に示すように、デバイスが「1チップ=1Mトランジスタ」では、1000チップに2チップが不良となる。一方、図16(B)に示すように、デバイスが「1チップ=1Gトランジスタ」では、全チップが不良となる可能性がある。なお、図16における四角形(マス)それぞれは、1つのトランジスタ示し、複数のトランジスタが各チップに配置されていることを概念的に示している。
In addition, with the increase in the scale of large-scale semiconductor integrated circuits and the increased integration of transistors due to process miniaturization, the number of transistors integrated in one semiconductor device (device) increases, resulting in a decrease in yield. Yes.
For example, in a certain semiconductor device, in the case of a process in which the variation of the threshold value Vth of a transistor is allowable up to ± 6σ (σ (sigma) is a standard deviation), the device is “1 chip = 1M as shown in FIG. In the “transistor”, 2 chips out of 1000 chips are defective. On the other hand, as shown in FIG. 16B, when the device is “1 chip = 1G transistor”, all chips may be defective. Each square in FIG. 16 indicates one transistor, and conceptually indicates that a plurality of transistors are arranged in each chip.

歩留まりの改善を行うには、±6σの範囲を外れる不良トランジスタの解析が必要となる。不良トランジスタは、図15に示す閾値Vthの正規分布の例に示されるように、統計的に1G個のトランジスタのうち2個しか存在しないため、少なくとも1G個のトランジスタの測定が行えるDMA−TEGを用いてトランジスタの閾値Vth及びそのバラツキを測定することが必要となる。   In order to improve the yield, it is necessary to analyze a defective transistor outside the range of ± 6σ. As shown in the example of the normal distribution of the threshold value Vth shown in FIG. 15, there are only two of the 1G transistors that are statistically defective, and therefore a DMA-TEG that can measure at least 1G transistors is used. It is necessary to measure the threshold value Vth of the transistor and its variation.

この場合に、例えば、閾値Vthの測定に、外挿Vthを算出する場合、あるいは、電流が100nA流れるゲート電圧を閾値Vthと定義する場合でも、ひとつの閾値Vthを算出するのに、10ポイント程度の測定データを必要とする。これらの測定は、電流の測定であり、収束に時間を要する。このため、膨大なトランジスタの測定に要する測定時間を短縮することが求められていた。   In this case, for example, when calculating extrapolation Vth for measurement of threshold value Vth, or when defining a gate voltage at which a current of 100 nA flows as threshold value Vth, about 10 points are required to calculate one threshold value Vth. Requires measurement data. These measurements are current measurements and take time to converge. For this reason, it has been required to shorten the measurement time required for measuring a huge number of transistors.

そこで、本願発明者は、以下のような測定を行うことにより、測定時間の短縮を行っている。図17(A)に示すように、測定では、6σの分布を外れたトランジスタを調べるのに、1G個のトランジスタ全てを詳細評価(閾値Vthの電圧測定、Vg−Id特性等の評価)を行うため、膨大な測定時間を要していた。そこで、図17(B)に示すように、まず±5σ以内の分布から外れるトランジスタ(計算上の期待値として287個)を選び出す。DMA−TEG上に構成されたトランジスタは、図18に示す閾値Vth判定モードにより±5σ以内の分布に含まれるか否か判定され、±5σ以内の分布に含まれないトランジスタを検出することにより選別される。この閾値Vth判定モードでは、図18(A)に示す評価セルアレイ11中の測定対象トランジスタTrの閾値Vthを、センスアンプSAにより高速に判定する。そして、図18(B)に示すように、5σ以内の分布から外れるトランジスタ(計算上の期待値として287個)を選び出す。(この閾値Vth判定モードの詳細については後述する。)   Therefore, the inventor of the present application reduces the measurement time by performing the following measurement. As shown in FIG. 17A, in the measurement, in order to examine transistors out of the 6σ distribution, detailed evaluation (voltage measurement of threshold Vth, evaluation of Vg-Id characteristics, etc.) is performed on all 1G transistors. Therefore, enormous measurement time was required. Therefore, as shown in FIG. 17B, first, transistors that deviate from the distribution within ± 5σ (287 as expected values for calculation) are selected. The transistors configured on the DMA-TEG are determined by the threshold Vth determination mode shown in FIG. 18 to determine whether they are included in the distribution within ± 5σ, and are selected by detecting the transistors not included in the distribution within ± 5σ. Is done. In this threshold Vth determination mode, the threshold Vth of the measurement target transistor Tr in the evaluation cell array 11 shown in FIG. 18A is determined at high speed by the sense amplifier SA. Then, as shown in FIG. 18B, transistors that are out of the distribution within 5σ (287 as expected values for calculation) are selected. (Details of this threshold Vth determination mode will be described later.)

そして、閾値Vth判定モードで選別された、5σ以内の分布から外れたトランジスタTrについて、図19に示す閾値Vth測定モード(トランジスタ特性測定モード)により、詳細なトランジスタ特性を評価することで、大幅に測定時間の短縮を図っている。すなわち、評価セルアレイ11中の不良と判定された測定対象トランジスタTrを選択して、該測定対象トランジスタTrにドレイン電圧/ゲート電圧/ソース電圧を与えて、正確な閾値Vth等のトランジスタ特性を測定する。(この閾値Vth測定モードの詳細については後述する。)これにより、DMA−TEG等の大規模な半導体集積回路において、不良トランジスタの検出と、不良トランジスタのトランジスタ特性の測定とを高速(短時間)で行うことができる。   Then, with respect to the transistor Tr selected from the threshold Vth determination mode and deviating from the distribution within 5σ, the detailed transistor characteristics are evaluated by the threshold Vth measurement mode (transistor characteristic measurement mode) shown in FIG. The measurement time is shortened. That is, the transistor to be measured Tr determined to be defective in the evaluation cell array 11 is selected, and the drain voltage / gate voltage / source voltage is applied to the transistor to be measured Tr, and the transistor characteristics such as the accurate threshold Vth are measured. . (Details of this threshold Vth measurement mode will be described later.) Thus, in a large-scale semiconductor integrated circuit such as DMA-TEG, detection of a defective transistor and measurement of transistor characteristics of the defective transistor are performed at high speed (short time). Can be done.

また、上記課題に関連する発明として、本願発明者は、先に半導体集積回路及び評価方法についての特許出願を行っている(特許文献1を参照)。この特許文献1の半導体集積回路及び評価方法によれば、被測定トランジスタをペアトランジスタの構成にして、閾値Vthを直接測定するのではなく、アンプを用いて、トランジスタの閾値Vthの差を高速に判定して、特性が正規分布から外れた、異常なトランジスタを見つけ出すことができる。この方式であれば、測定時間が、従来の1000倍くらいに高速にできる。   In addition, as an invention related to the above problem, the present inventor has previously filed a patent application regarding a semiconductor integrated circuit and an evaluation method (see Patent Document 1). According to the semiconductor integrated circuit and the evaluation method disclosed in Patent Document 1, a transistor to be measured is configured as a pair transistor, and the threshold value Vth is not directly measured, but the difference between the threshold values Vth of the transistors is increased at high speed using an amplifier. By judging, an abnormal transistor whose characteristic deviates from the normal distribution can be found. With this method, the measurement time can be made about 1000 times faster than the conventional method.

上述のDMA−TEG等の半導体集積回路において、さらなる大規模化や、さらなる測定の高速化を考えた場合は、同時に測定できるトランジスタの数を増やすためにセンスアンプを複数個使用する必要がある。図20に、複数のセンスアンプの配置イメージを示す。図20に示すように、1GビットのDMA−TEGでは、評価セルアレイを32Mビット単位で32ブロックA1〜A32に分割し、また、各ブロックA1〜A32を16Mビット単位で2分割し、センスアンプSAを4つ設けることで、閾値Vth判定モードにおいて4系統の測定が同時に行えるようにしている。これにより、測定時間を短縮することができる。   In the above-described semiconductor integrated circuit such as DMA-TEG, when considering further enlargement and further increase in measurement speed, it is necessary to use a plurality of sense amplifiers in order to increase the number of transistors that can be measured simultaneously. FIG. 20 shows an arrangement image of a plurality of sense amplifiers. As shown in FIG. 20, in the 1-Gbit DMA-TEG, the evaluation cell array is divided into 32 blocks A1 to A32 in units of 32 Mbits, and each of the blocks A1 to A32 is divided into two units in units of 16 Mbits. By providing four, four systems can be measured simultaneously in the threshold Vth determination mode. Thereby, measurement time can be shortened.

特開2008−171920号公報JP 2008-171920 A

IEEE 2002 Unt. Conference on Microelectronic Test Structure (ICMTS 2002), pp49-54 April 2002IEEE 2002 Unt. Conference on Microelectronic Test Structure (ICMTS 2002), pp49-54 April 2002

しかしながら、複数個のセンスアンプを使用して閾値Vthの判定を行う場合は、全てのトランジスタTrに対して同一条件であることが理想であるが、上述のDMA−TEGでは、センスアンプSAは4個あるため、各センスアンプSAを構成するMOSトランジスタの特性のバラツキにより、オフセット差等のセンスアンプ特性にバラツキが生じる。このため、各センスアンプSAのオフセット差により、閾値Vth判定の精度が悪化する。   However, when the threshold value Vth is determined using a plurality of sense amplifiers, it is ideal that the same condition is applied to all the transistors Tr. However, in the above-described DMA-TEG, the sense amplifier SA is 4 in number. Therefore, variations in the sense amplifier characteristics such as an offset difference occur due to variations in the characteristics of the MOS transistors constituting each sense amplifier SA. For this reason, the accuracy of the threshold Vth determination deteriorates due to the offset difference between the sense amplifiers SA.

例えば、図21(A)に示すセンスアンプSAが1個の場合の閾値Vthの分布特性と、図21(B)に示すセンスアンプSAが4個の場合の閾値Vthの分布特性を比較すると、センスアンプSAが4個の場合は、センスアンプSA内のMOSトランジスタ特性のバラツキにより、測定される閾値Vthの分布にもバラツキが生じることになる。このバラツキにより、閾値Vth判定モードにおいて、不良でないトランジスタが不良トランジスタと判定されて選別される場合がある。このため、±5σ以内の分布から外れたとして選別されるトランジスタTrの個数が多くなる可能性があり、特性を詳細に測定すべきトランジスタ数の増加により、測定時間が増大することになる。このため、センスアンプSAのオフセット差を調整(キャンセル)することが必要となる。   For example, when the distribution characteristic of the threshold value Vth when the number of sense amplifiers SA shown in FIG. 21A is one and the distribution characteristic of the threshold value Vth when there are four sense amplifiers SA shown in FIG. When there are four sense amplifiers SA, the distribution of the measured threshold value Vth also varies due to variations in MOS transistor characteristics within the sense amplifier SA. Due to this variation, a non-defective transistor may be determined as a defective transistor and selected in the threshold Vth determination mode. For this reason, there is a possibility that the number of transistors Tr that are selected as being out of the distribution within ± 5σ may increase, and the measurement time increases due to an increase in the number of transistors whose characteristics should be measured in detail. For this reason, it is necessary to adjust (cancel) the offset difference of the sense amplifier SA.

例えば、図22は、センスアンプSA_AとセンスアンプSA_Bの2つのセンスアンプを使用する例を示している。図22に示す例では、評価セルアレイを2つの評価セルアレイ11,12に分割し、評価セルアレイ11に対してセンスアンプSA_Aを設け、評価セルアレイ12に対してセンスアンプSA_Bを設けている。この場合、センスアンプSA_AとセンスアンプSA_Bとは、特性が同じとは限らないため、閾値Vth判定モードにおける閾値Vthの判定基準にバラツキが生じる。例えば、同一の閾値Vthを持つトランジスタTrであっても、センスアンプSA_A,SA_Bの出力の状態が異なることがある。このため、複数のセンスアンプSA_A,SA_Bを用いて、評価セルアレイ11,12中のトランジスタTr群の閾値Vthの判定を行う場合に、閾値Vthの判定精度が低下するという問題が生じていた。   For example, FIG. 22 illustrates an example in which two sense amplifiers, that is, a sense amplifier SA_A and a sense amplifier SA_B are used. In the example shown in FIG. 22, the evaluation cell array is divided into two evaluation cell arrays 11 and 12, a sense amplifier SA_A is provided for the evaluation cell array 11, and a sense amplifier SA_B is provided for the evaluation cell array 12. In this case, since the sense amplifier SA_A and the sense amplifier SA_B do not necessarily have the same characteristics, the threshold value Vth determination criterion varies in the threshold Vth determination mode. For example, even in the case of transistors Tr having the same threshold Vth, the output states of the sense amplifiers SA_A and SA_B may be different. Therefore, when the threshold value Vth of the transistor Tr group in the evaluation cell arrays 11 and 12 is determined using the plurality of sense amplifiers SA_A and SA_B, there is a problem that the determination accuracy of the threshold value Vth is lowered.

本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、その目的は、複数のセンスアンプを使用して、評価セルアレイ中のトランジスタ群の閾値Vthの判定を行う場合に、各センスアンプ間のオフセット差をキャンセルして高精度で閾値Vthの判定を行うことができる、半導体集積回路評価方法、半導体集積回路、及び半導体集積回路評価装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an offset between sense amplifiers when a threshold value Vth of a transistor group in an evaluation cell array is determined using a plurality of sense amplifiers. An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit evaluation method, a semiconductor integrated circuit, and a semiconductor integrated circuit evaluation apparatus capable of canceling the difference and determining the threshold value Vth with high accuracy.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の半導体集積回路評価方法は、測定対象となるMOS型のトランジスタをマトリックス状に配列してなる評価セルアレイと、複数のセンスアンプとを有し、前記評価セルアレイが前記複数のセンスアンプのそれぞれに対応して複数の系統のトランジスタ群に分割されると共に、前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子には、前記評価セルアレイ中の選択された測定対象トランジスタの出力信号が入力され、前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子には、前記測定対象トランジスタの出力信号と比較するための基準信号が入力されるように構成された半導体集積回路において、前記測定対象トランジスタのドレインに所定の電圧を与えた場合にドレインに所定の電流が流れるときのゲート電圧である閾値Vthの判定を行うことにより前記評価セルアレイ中の不良トランジスタの検出と特性の測定を行う半導体集積回路評価方法であって、IN端子条件設定部が、前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子に、同一条件の入力信号を与える第1の測定ステップと、オフセット差調整部が、前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子に前記同一条件の入力信号を与えた状態において、前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子に可変の信号を入力し、前記複数のセンスアンプそれぞれの出力の変化を検出することにより、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に応じてそれぞれ異なる基準信号を、前記複数のセンスアンプごとに測定する第2の測定ステップと、不良トランジスタ識別部が、前記評価セルアレイ中の測定対象トランジスタに所定のゲート電圧を印加した状態で、前記複数のセンスアンプに該測定対象トランジスタの出力信号と、前記複数のセンスアンプごとにそれぞれ異なる前記基準信号とを入力し、前記複数のセンスアンプの出力により閾値Vthが所定の範囲から外れる不良トランジスタを判定する第3の測定ステップと、トランジスタ特性測定部が、前記第3の測定ステップにより前記不良トランジスタと判定されたものに対して、トランジスタ特性を測定する第4の測定ステップと、を含むことを特徴とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A semiconductor integrated circuit evaluation method according to the present invention includes an evaluation cell array in which MOS transistors to be measured are arranged in a matrix, and a plurality of senses. The evaluation cell array is divided into a plurality of transistor groups corresponding to each of the plurality of sense amplifiers, and the first input terminal of each of the plurality of sense amplifiers includes the evaluation cell array. An output signal of the selected measurement target transistor in the cell array is input, and a reference signal for comparison with the output signal of the measurement target transistor is input to the second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers. in the semiconductor integrated circuit configured to, in the drain when given a predetermined voltage to the drain of the measurement target transistor A semiconductor integrated circuit evaluation method for measuring the detection and characterization of defects transistors in the evaluation cell array by performing determination threshold value Vth is a gate voltage when a constant current flows, the IN terminal condition setting section, A first measurement step of applying an input signal of the same condition to a first input terminal of each of the plurality of sense amplifiers, and an offset difference adjustment unit configured to apply the same condition to a first input terminal of each of the plurality of sense amplifiers. In the state where the input signal is applied, a variable signal is input to the second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers, and a change in the output of each of the plurality of sense amplifiers is detected, thereby the plurality of sense amplifiers the different reference signals in response to the offset difference between the second measurement step of measuring for each of said plurality of sense amplifiers, poor Transistor identification unit, while applying a predetermined gate voltage to the measured transistor among the evaluation cell array, the output signal of the measurement target transistor to said plurality of sense amplifiers and the reference respectively different for each of said plurality of sense amplifiers A third measurement step for determining a defective transistor whose threshold value Vth is out of a predetermined range based on the outputs of the plurality of sense amplifiers, and a transistor characteristic measurement unit configured to detect the defective transistor by the third measurement step. And a fourth measurement step for measuring transistor characteristics.

また、本発明の半導体集積回路評価方法は、前記センスアンプは電流型センスアンプであることを特徴とする。   In the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention, the sense amplifier is a current-type sense amplifier.

また、本発明の半導体集積回路評価方法は、前記センスアンプは電圧型センスアンプであることを特徴とする。   In the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention, the sense amplifier is a voltage-type sense amplifier.

また、本発明の半導体集積回路評価方法は、前記第3の測定ステップでは、前記測定対象トランジスタの閾値Vthが、閾値Vthの正規分布曲線に対して、5σ(σは標準偏差)以内の分布から外れた前記測定対象トランジスタを前記不良トランジスタと判定し、前記第4の測定ステップでは、前記閾値Vthが5σ以内の分布から外れた前記不良トランジスタに対して、トランジスタ特性の測定が行われる、ことを特徴とする。   In the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention, in the third measurement step, the threshold value Vth of the measurement target transistor is a distribution within 5σ (σ is a standard deviation) with respect to the normal distribution curve of the threshold value Vth. The transistor to be measured that has deviated is determined to be the defective transistor, and in the fourth measurement step, the transistor characteristics are measured for the defective transistor that has deviated from the distribution in which the threshold Vth is within 5σ. Features.

また、本発明の半導体集積回路は、測定対象となるトランジスタをマトリックス状に配列してなる評価セルアレイを有し、カラムデコーダ及びロウデコーダから出力される信号により前記評価セルアレイ中の測定対象トランジスタが選択されて特性が評価される半導体集積回路であって、複数のセンスアンプを有し、前記評価セルアレイが前記複数のセンスアンプのそれぞれに対応して複数の系統のトランジスタ群に分割され、前記複数のセンスアンプの第1の入力端子には、前記評価セルアレイ中の選択されたトランジスタの出力信号が入力され、前記複数のセンスアンプのぞれぞれの第2の入力端子には、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に応じてそれぞれ異なる基準信号が入力されることを特徴とする。 The semiconductor integrated circuit according to the present invention has an evaluation cell array in which transistors to be measured are arranged in a matrix, and the measurement target transistors in the evaluation cell array are selected by signals output from a column decoder and a row decoder. A plurality of sense amplifiers, and the evaluation cell array is divided into a plurality of transistor groups corresponding to each of the plurality of sense amplifiers. An output signal of a selected transistor in the evaluation cell array is input to a first input terminal of the sense amplifier, and the plurality of sense amplifiers are input to a second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers. Different reference signals are input according to the offset difference between the amplifiers.

また、本発明の半導体集積回路は、前記複数のセンスアンプは電流型センスアンプで構成され、前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子に入力される前記基準信号の基準電流を調整することにより、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に関わらず前記第1の入力端子に同一の入力が与えられた場合、前記複数のセンスアンプそれぞれの出力が一致する構成としたことを特徴とする。   In the semiconductor integrated circuit of the present invention, the plurality of sense amplifiers are configured by current-type sense amplifiers, and the reference current of the reference signal input to the second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers is adjusted. Thus, when the same input is applied to the first input terminal regardless of the offset difference between the plurality of sense amplifiers, the outputs of the plurality of sense amplifiers match each other.

また、本発明の半導体集積回路は、前記電流型センスアンプは、1対のPチャネルMOSトランジスタで構成されるカレントミラー回路を有し、前記第2の入力端子に流れる前記基準電流を前記カレントミラー回路の参照電流側に流すように構成される単純カレントミラー型のセンスアンプである、ことを特徴とする。   In the semiconductor integrated circuit of the present invention, the current-type sense amplifier has a current mirror circuit composed of a pair of P-channel MOS transistors, and the reference current flowing through the second input terminal is used as the current mirror. It is a simple current mirror type sense amplifier configured to flow to the reference current side of the circuit.

また、本発明の半導体集積回路は、前記電流型センスアンプは、1対のPチャネルMOSトランジスタで構成されるカレントミラー回路の2つがカスケードに接続されると共に、前記第2の入力端子に流れる前記基準電流を前記カレントミラー回路の参照電流側に流すように構成されるカスケード単純カレントミラー型のセンスアンプである、ことを特徴とする。     In the semiconductor integrated circuit of the present invention, the current-type sense amplifier includes two current mirror circuits each composed of a pair of P-channel MOS transistors connected in cascade and flowing to the second input terminal. It is a cascade simple current mirror type sense amplifier configured to flow a reference current to a reference current side of the current mirror circuit.

また、本発明の半導体集積回路は、前記電流型センスアンプは、前記第1の入力端子に流れる電流を参照電流とし、第1及び第2の2つのミラー電流を供給する3個のPチャネルMOSトランジスタで構成される第1のカレントミラー回路と、1対のNチャネルMOSトランジスタで構成されると共に、前記第1のカレントミラー回路から流れる第1のミラー電流を参照電流として駆動される第1の電流シンク回路と、前記第2の入力端子に流れる前記基準電流を参照電流とし、第1及び第2の2つのミラー電流を供給する3個のPチャネルMOSトランジスタで構成される第2のカレントミラー回路と、1対のNチャネルMOSトランジスタで構成されると共に前記第2のカレントミラー回路から流れる第1のミラー電流を参照電流として駆動される第2の電流シンク回路と、を備え、前記第1のカレントミラー回路から流れる第2のミラー電流を、前記第2の電流シンク回路のミラー電流として流すようにし、前記第2のカレントミラー回路から流れる第2のミラー電流を、前記第1の電流シンク回路のミラー電流として流す構成としたことを特徴とする。   Further, in the semiconductor integrated circuit of the present invention, the current sense amplifier has three P-channel MOSs that use the current flowing through the first input terminal as a reference current and supply the first and second mirror currents. A first current mirror circuit composed of a transistor and a pair of N-channel MOS transistors, and a first current mirror circuit driven by using a first mirror current flowing from the first current mirror circuit as a reference current A second current mirror composed of a current sink circuit and three P-channel MOS transistors that supply the first and second mirror currents using the reference current flowing through the second input terminal as a reference current And a first mirror current flowing from the second current mirror circuit as a reference current. A second current sink circuit that is driven, wherein a second mirror current flowing from the first current mirror circuit is caused to flow as a mirror current of the second current sink circuit, and the second current sink circuit The second mirror current flowing from the mirror circuit is configured to flow as the mirror current of the first current sink circuit.

また、本発明の半導体集積回路は、前記複数のセンスアンプは電圧型センスアンプで構成され、前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子に入力される前記基準信号の基準電圧を調整することにより、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に関わらず前記第1の入力端子に同一の入力が与えられた場合、前記複数のセンスアンプそれぞれの出力が一致する構成としたことを特徴とする。   In the semiconductor integrated circuit of the present invention, the plurality of sense amplifiers are voltage-type sense amplifiers, and the reference voltage of the reference signal input to the second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers is adjusted. Thus, when the same input is applied to the first input terminal regardless of the offset difference between the plurality of sense amplifiers, the outputs of the plurality of sense amplifiers match each other.

また、本発明の半導体集積回路は、前記電圧型センスアンプは、差動入力対を構成する1対のNチャネルMOSトランジスタと、該1対のNチャネルMOSトランジスタに負荷として接続される、1対のPチャネルMOSトランジスタで構成されるカレントミラー回路とを備える差動増幅回路である、ことを特徴とする。   In the semiconductor integrated circuit of the present invention, the voltage-type sense amplifier includes a pair of N-channel MOS transistors constituting a differential input pair, and a pair of N-channel MOS transistors connected as a load to the pair of N-channel MOS transistors. And a current amplification circuit comprising a P-channel MOS transistor.

また、本発明の半導体集積回路評価装置は、上記記載の半導体集積回路を評価するためのものであって、前記複数のセンスアンプの第1の入力端子に印加される信号が同一条件になるように設定する入力端子条件設定モードと、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差を調整するオフセット差調整モードと、前記複数のセンスアンプを使用して前記測定対象トランジスタのドレインに所定の電圧を与えた場合にドレインに所定の電流が流れるときのゲート電圧である閾値Vthを判定する閾値Vth判定モードと、前記閾値Vth判定モードにより不良と判定された測定対象トランジスタのトランジスタ特性を測定する閾値Vth測定モードとを切り替える測定モード切替部と、前記入力端子条件設定モードにおいて、前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子に同一条件の信号を入力させる入力端子条件設定部と、前記オフセット差調整モードにおいて、前記入力端子条件設定部により前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子に同一条件の信号を入力させた状態で、前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子に可変の信号を入力し、該センスアンプの出力の変化を検出することにより、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に応じた基準信号を、前記複数のセンスアンプごとに測定するオフセット差調整部と、前記閾値Vth判定モードにおいて、前記評価セルアレイ中の測定対象トランジスタを順次に選択し、該選択した測定対象トランジスタに所定のゲート電圧を印加して、前記複数のセンスアンプからの出力信号を基に不良トランジスタを識別し、該識別した不良トランジスタのアドレスを記憶部に記憶する不良トランジスタ識別部と、前記閾値Vth測定モードにおいて、前記不良トランジスタ識別部により不良と判定された測定対象トランジスタを選択すると共に、該選択した測定対象トランジスタのゲートに所望のゲート電圧を印加して、トランジスタ特性を測定するトランジスタ特性測定部と、を備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit evaluation apparatus for evaluating the semiconductor integrated circuit described above, wherein signals applied to first input terminals of the plurality of sense amplifiers have the same condition. An input terminal condition setting mode to be set to, an offset difference adjustment mode to adjust an offset difference between the plurality of sense amplifiers, and a predetermined voltage is applied to the drain of the measurement target transistor using the plurality of sense amplifiers A threshold Vth determination mode for determining a threshold Vth that is a gate voltage when a predetermined current flows through the drain, and a threshold Vth measurement mode for measuring the transistor characteristics of the measurement target transistor determined to be defective by the threshold Vth determination mode In the measurement mode switching unit for switching between and the input terminal condition setting mode, the plurality of sense arrays In the offset difference adjustment mode, the input terminal condition setting unit causes the first input terminals of the plurality of sense amplifiers to be input to the first input terminals of the plurality of sense amplifiers. By inputting a variable signal to the second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers in a state where signals of the same condition are input, and detecting a change in the output of the sense amplifier, In the offset difference adjustment unit that measures the reference signal according to the offset difference of each of the plurality of sense amplifiers and the threshold Vth determination mode, the measurement target transistor in the evaluation cell array is sequentially selected, and the selected measurement is performed. A defective transistor based on output signals from the plurality of sense amplifiers by applying a predetermined gate voltage to the target transistor A defective transistor identifying unit that identifies and stores an address of the identified defective transistor in a storage unit; and in the threshold Vth measurement mode, selects a measurement target transistor that is determined to be defective by the defective transistor identifying unit, and the selection And a transistor characteristic measuring unit that measures a transistor characteristic by applying a desired gate voltage to the gate of the transistor to be measured.

本発明の半導体集積回路評価方法においては、複数のセンスアンプ間のオフセット差に応じた基準信号を、センスアンプごとに測定する。そして、測定対象トランジスタの出力信号と基準信号とをセンスアンプにより比較し、閾値Vthが所定の範囲から外れる不良トランジスタを判定し、不良トランジスタと判定したものについて、トランジスタ特性を測定する。
これにより、複数のセンスアンプを使用して、評価セルアレイ中のトランジスタ群の閾値Vthの判定を行う場合に、各センスアンプ間のオフセット差に関わらず、複数のセンスアンプ間で異なる判定が行われない高精度な閾値Vthの判定を行うことができる。このため、大規模なDMA−TEG等の半導体集積回路においても、所定の分布範囲から外れた異常なトランジスタの特性評価を、高精度で且つ高速(短時間)に行える。
In the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention, a reference signal corresponding to an offset difference between a plurality of sense amplifiers is measured for each sense amplifier. Then, the output signal of the transistor to be measured and the reference signal are compared by a sense amplifier, a defective transistor whose threshold value Vth is out of a predetermined range is determined, and the transistor characteristics of the transistors that are determined as defective transistors are measured.
Thus, when a plurality of sense amplifiers are used to determine the threshold value Vth of the transistor group in the evaluation cell array, different determinations are made among the plurality of sense amplifiers regardless of the offset difference between the sense amplifiers. It is possible to determine the threshold Vth with no high accuracy. For this reason, even in a large-scale semiconductor integrated circuit such as a DMA-TEG, the characteristics of an abnormal transistor outside a predetermined distribution range can be evaluated with high accuracy and at high speed (in a short time).

また、本発明の半導体集積回路評価方法においては、測定対象トランジスタの閾値Vthが、閾値Vthの正規分布曲線に対して、±5σ(σは標準偏差)以内の分布から外れた測定対象トランジスタを検出する。
これにより、1G(ギガ)ビットのメモリ容量を有する大規模なDMA−TEGにおいても、±5σの分布から外れた不良トランジスタに絞り込み、絞り込んだ測定対象トランジスについてトランジスタ特性を測定することができる。このため、不良トランジスタの検出と、不良トランジスタのトランジスタ特性の測定とを高速(短時間)で行うことができる。
Further, in the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention, a transistor to be measured whose threshold value Vth of the transistor to be measured deviates from a distribution within ± 5σ (σ is a standard deviation) with respect to the normal distribution curve of the threshold value Vth is detected. To do.
As a result, even in a large-scale DMA-TEG having a memory capacity of 1 G (giga) bits, it is possible to narrow down to defective transistors that deviate from the ± 5σ distribution, and to measure the transistor characteristics of the narrowed measurement target transistors. For this reason, detection of a defective transistor and measurement of transistor characteristics of the defective transistor can be performed at high speed (in a short time).

また、本発明の半導体集積回路においては、評価セルアレイ中の測定対象トランジスタの閾値Vthを判定するための複数のセンスアンプを有し、評価セルアレイは複数のセンスアンプのそれぞれに対応して複数の系統のトランジスタ群に分割されて構成される。各センスアンプの第1の入力端子には、測定対象トランジスタの出力信号が入力され、各センスアンプのぞれぞれの第2の入力端子には、オフセット差に応じた基準信号が入力される。そして、測定対象トランジスタの出力信号と基準信号とをセンスアンプにより比較し、閾値Vthが所定の範囲から外れる測定対象トランジスタを不良トランジスタと判定する。
これにより、複数のセンスアンプを使用して、評価セルアレイ中のトランジスタ群の閾値Vthの判定を行う場合に、各センスアンプ間のオフセット差に関わらず高精度で閾値Vthの判定を行うことができる。このため、大規模なDMA−TEG等の半導体集積回路においても、所定の分布範囲から外れた異常なトランジスタの特性評価を、高精度で且つ高速(短時間)に行える。
The semiconductor integrated circuit of the present invention has a plurality of sense amplifiers for determining the threshold value Vth of the measurement target transistor in the evaluation cell array, and the evaluation cell array has a plurality of systems corresponding to each of the plurality of sense amplifiers. Divided into a plurality of transistor groups. The output signal of the measurement target transistor is input to the first input terminal of each sense amplifier, and the reference signal corresponding to the offset difference is input to the second input terminal of each sense amplifier. . Then, the output signal of the transistor to be measured and the reference signal are compared by a sense amplifier, and the transistor to be measured whose threshold value Vth is outside the predetermined range is determined as a defective transistor.
Thus, when the threshold value Vth of the transistor group in the evaluation cell array is determined using a plurality of sense amplifiers, the threshold value Vth can be determined with high accuracy regardless of the offset difference between the sense amplifiers. . For this reason, even in a large-scale semiconductor integrated circuit such as a DMA-TEG, the characteristics of an abnormal transistor outside a predetermined distribution range can be evaluated with high accuracy and at high speed (in a short time).

また、本発明の半導体集積回路評価装置においては、半導体集積回路内の各センスアンプ間のオフセット差に応じた基準信号を、センスアンプごとに測定し、この基準信号を各センスアンプに与える。そして、センスアンプから出力される、測定対象トランジスタの出力信号と基準信号との比較結果を基に、閾値Vthが所定の範囲から外れる測定対象トランジスタを不良トランジスタと判定し、不良トランジスタと判定されたものについてトランジスタ特性を測定する。
これにより、複数のセンスアンプを使用して、評価セルアレイ中のトランジスタ群の閾値Vthの判定を行う場合に、各センスアンプ間のオフセット差に関わらず高精度で閾値Vthの判定を行うことができる。このため、大規模なDMA−TEG等の半導体集積回路においても、所定の分布範囲から外れた異常なトランジスタの特性評価を、高精度で且つ高速(短時間)に行える。
In the semiconductor integrated circuit evaluation apparatus of the present invention, a reference signal corresponding to the offset difference between the sense amplifiers in the semiconductor integrated circuit is measured for each sense amplifier, and this reference signal is given to each sense amplifier. Then, based on the comparison result between the output signal of the measurement target transistor output from the sense amplifier and the reference signal, the measurement target transistor whose threshold value Vth falls outside the predetermined range is determined as a defective transistor, and is determined as a defective transistor. Measure the transistor characteristics of the thing.
Thus, when the threshold value Vth of the transistor group in the evaluation cell array is determined using a plurality of sense amplifiers, the threshold value Vth can be determined with high accuracy regardless of the offset difference between the sense amplifiers. . For this reason, even in a large-scale semiconductor integrated circuit such as a DMA-TEG, the characteristics of an abnormal transistor outside a predetermined distribution range can be evaluated with high accuracy and at high speed (in a short time).

本発明の半導体集積回路評価方法の基本思想を説明する図である。It is a figure explaining the basic idea of the semiconductor integrated circuit evaluation method of this invention. センスアンプのIN端子に流れるIN電流の設定方法について説明する図である。It is a figure explaining the setting method of IN electric current which flows into the IN terminal of a sense amplifier. センスアンプのREF端子に流れる基準電流REFの調整方法について説明する図である。It is a figure explaining the adjustment method of the reference current REF which flows into the REF terminal of a sense amplifier. センスアンプによる閾値Vth判定モード(高速センスモード)について説明する図である。It is a figure explaining the threshold Vth determination mode (high-speed sense mode) by a sense amplifier. 閾値Vth測定モード(トランジスタ特性測定モード)について説明する図である。It is a figure explaining threshold Vth measurement mode (transistor characteristic measurement mode). 本発明の半導体集積回路評価方法における測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement procedure in the semiconductor integrated circuit evaluation method of this invention. 電流型センスアンプの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a current type sense amplifier. 電流たすきがけ型のセンスアンプの動作を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of a current writing type sense amplifier. 電圧型センスアンプの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a voltage type sense amplifier. センスアンプのIN端子への入力電流の第1の設定例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of a setting of the input current to the IN terminal of a sense amplifier. センスアンプのIN端子への入力電流の第2の設定例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of a setting of the input current to the IN terminal of a sense amplifier. センスアンプのIN端子への入力電流の第3の設定例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example of a setting of the input current to the IN terminal of a sense amplifier. センスアンプのIN端子への入力電流の第4の設定例を示す図である。It is a figure which shows the 4th example of a setting of the input current to the IN terminal of a sense amplifier. 本発明の半導体集積回路評価装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor integrated circuit evaluation apparatus of this invention. 閾値Vthのバラツキの正規分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the normal distribution of the dispersion | variation in the threshold value Vth. プロセスの微細化に伴い高集積化されたデバイスにおける問題点について説明する図である。It is a figure explaining the problem in the highly integrated device accompanying process miniaturization. 閾値Vth判定モードによりトランジスタを選別する例について説明する図である。It is a figure explaining the example which selects a transistor by threshold value Vth determination mode. 閾値Vth判定モードについて説明する図である。It is a figure explaining the threshold value Vth determination mode. 閾値Vth測定モードについて説明する図である。It is a figure explaining the threshold value Vth measurement mode. 複数のセンスアンプの配置イメージを示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning image of several sense amplifier. 複数のセンスアンプを使用することによる閾値Vthの分布特性のバラツキの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the variation in the distribution characteristic of threshold value Vth by using a some sense amplifier. 複数のセンスアンプによる閾値Vthの判定精度の低下の問題を説明する図である。It is a figure explaining the problem of the fall of the determination precision of the threshold value Vth by several sense amplifiers.

[本発明の半導体集積回路評価方法の基本概念]
図1は、本発明の半導体集積回路評価方法の基本概念を説明する図である。図1(A)は、従来技術の場合の、トランジスタTr群の閾値Vth(100nA/Vg)の分布特性と、2つのセンスアンプSA_A,SA_Bにおける閾値Vthの判定結果を示している。また、図1(B)は、本発明の場合の、トランジスタTr群の閾値Vth(100nA/Vg)の分布特性と、2つのセンスアンプSA_A,SA_Bにおける閾値Vthの判定結果を示している。
[Basic Concept of Semiconductor Integrated Circuit Evaluation Method of the Present Invention]
FIG. 1 is a diagram for explaining the basic concept of the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention. FIG. 1A shows the distribution characteristics of the threshold value Vth (100 nA / Vg) of the transistor Tr group and the determination result of the threshold value Vth in the two sense amplifiers SA_A and SA_B in the case of the prior art. FIG. 1B shows the distribution characteristics of the threshold value Vth (100 nA / Vg) of the transistor Tr group and the determination result of the threshold value Vth in the two sense amplifiers SA_A and SA_B in the present invention.

なお、ここで、閾値Vth(100nA/Vg)とは、例えば、MOSトランジスタのドレインに1Vの電圧を与えた場合に、ドレインに100nAの電流が流れるときの、ゲート電圧として定義される。また、ドレインに1μAの電流が流れるときの、ゲート電圧は、閾値Vth(1μA/Vg)と定義される。本実施の形態において、閾値Vth(100nA/Vg)が用いられる。   Here, the threshold value Vth (100 nA / Vg) is defined as a gate voltage when a current of 100 nA flows through the drain when a voltage of 1 V is applied to the drain of the MOS transistor, for example. Further, the gate voltage when a current of 1 μA flows through the drain is defined as a threshold Vth (1 μA / Vg). In the present embodiment, a threshold value Vth (100 nA / Vg) is used.

図1(A)に示す従来技術の場合は、図の上側に示すセンスアンプSA_Aと、図の下側に示すSA_Bに入力される基準電流REFは、それぞれ同じ100nAである。しかし、センスアンプSA_Aと、センスアンプSA_Bとの特性の差により、センスアンプSA_A,SA_B間にオフセット差が生じている。このオフセット差ため、センスアンプSA_Aによる閾値Vthの判定結果と、センスアンプSA_Bによる閾値Vthの判定結果とを比較すると、センスアンプSA_Bにおいて、不良「センスアンプ出力OUT=H(ハイレベル)」となる範囲が広がる。   In the case of the prior art shown in FIG. 1A, the reference current REF input to the sense amplifier SA_A shown on the upper side of the drawing and SA_B shown on the lower side of the drawing is the same 100 nA. However, an offset difference is generated between the sense amplifiers SA_A and SA_B due to a difference in characteristics between the sense amplifier SA_A and the sense amplifier SA_B. Due to this offset difference, when the determination result of the threshold value Vth by the sense amplifier SA_A is compared with the determination result of the threshold value Vth by the sense amplifier SA_B, the sense amplifier SA_B has a defect “sense amplifier output OUT = H (high level)”. The range expands.

これに対して、本発明の場合、図1(B)に示すように、図の上側に示すセンスアンプSA_Aの基準電流REFを100nAとし、図の下側に示すセンスアンプSA_Bの基準電流REFを、オフセット差に応じて、例えば120nAとして基準電流REFの電流値を変更することにより、センスアンプSA_AとSA_Bとの間のオフセット差に関わらずセンスアンプSA_A、SA_Bによる閾値Vth判定モードにおいて、同一の入力に対して同一の結果を出力させる。以下、基準電流REFの電流値を変更して、複数のセンスアンプSAのオフセット差に関わらず閾値Vth判定モードの結果を一致させることを、オフセット差をキャンセルするという。   On the other hand, in the case of the present invention, as shown in FIG. 1B, the reference current REF of the sense amplifier SA_A shown on the upper side of the drawing is set to 100 nA, and the reference current REF of the sense amplifier SA_B shown on the lower side of the drawing is set. In the threshold Vth determination mode by the sense amplifiers SA_A and SA_B, the current value of the reference current REF is changed to 120 nA, for example, according to the offset difference, regardless of the offset difference between the sense amplifiers SA_A and SA_B. The same result is output for the input. Hereinafter, changing the current value of the reference current REF to match the result of the threshold Vth determination mode regardless of the offset difference of the plurality of sense amplifiers SA is referred to as canceling the offset difference.

このように、センスアンプに入力される基準電流REFを調整することにより、センスアンプSA_BによるVth判定において、不良(センスアンプ出力OUT=H)となる範囲を、センスアンプSA_Aの場合と一致させることができる。このように、本発明では、複数のセンスアンプを使用する場合に、基準電流REFを調整することにより、センスアンプ間のオフセット差をキャンセルした後に、トランジスタTr群に対する閾値Vthの判定を行う。   In this way, by adjusting the reference current REF input to the sense amplifier, the range in which the sense (SA output OUT = H) becomes defective in the Vth determination by the sense amplifier SA_B is made to coincide with the case of the sense amplifier SA_A. Can do. As described above, in the present invention, when a plurality of sense amplifiers are used, the threshold Vth for the transistor Tr group is determined after the offset difference between the sense amplifiers is canceled by adjusting the reference current REF.

[本発明の半導体集積回路評価方法の具体的な手順の説明]
また、図2から図5は、本発明による半導体集積回路評価方法の具体的な手順を示す図である。以下、図2から図5を参照して、本発明の半導体集積回路評価方法の手順について説明する。
[Description of Specific Procedure of Semiconductor Integrated Circuit Evaluation Method of the Present Invention]
2 to 5 are diagrams showing specific procedures of the semiconductor integrated circuit evaluation method according to the present invention. Hereinafter, the procedure of the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention will be described with reference to FIGS.

図2は、本発明の半導体集積回路評価方法における第1のステップを示す図である。この第1のステップは、センスアンプSA_A及びセンスアンプSA_Bの入力端子INにおいて、入力電流の条件を同一にするIN端子条件設定モードである。   FIG. 2 is a diagram showing a first step in the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention. This first step is an IN terminal condition setting mode in which the input current conditions are the same at the input terminals IN of the sense amplifier SA_A and the sense amplifier SA_B.

この第1のステップ(IN端子条件設定モード)では、図2(A)に示すように、センスアンプSA_Aに繋がる評価セルアレイ11において、カラムセレクト信号とロウセレクト信号により或るトランジスタTrを選択して、ドレインとソース間に所定の電流を流すときのゲート電圧を測定する(ステップS1)。   In this first step (IN terminal condition setting mode), as shown in FIG. 2A, a certain transistor Tr is selected by a column select signal and a row select signal in the evaluation cell array 11 connected to the sense amplifier SA_A. Then, the gate voltage when a predetermined current is passed between the drain and the source is measured (step S1).

例えば、信号DBC(Drain Bias Control)によりトランジスタTrのドレインに電圧1Vを印加した状態で、ドレインとソース間に100nAの電流が流れるときのゲート電圧Vg(100nA/Vg)を、ドレイン、ソース、ゲート、及びバックゲートに電圧を印加して行う4端子測定で測定する。   For example, when a voltage of 1 V is applied to the drain of the transistor Tr by a signal DBC (Drain Bias Control), a gate voltage Vg (100 nA / Vg) when a current of 100 nA flows between the drain and the source is represented by the drain, source, and gate. , And a four-terminal measurement performed by applying a voltage to the back gate.

同様にして、図2(B)に示すように、センスアンプSA_Bに繋がる評価セルアレイ12中の或るトランジスタTrに対して、ドレインとソース間に100nAの電流が流れるときのゲート電圧Vg(100nA/Vg)を4端子測定で調査(測定)する(ステップS1´)。   Similarly, as shown in FIG. 2B, for a certain transistor Tr in the evaluation cell array 12 connected to the sense amplifier SA_B, a gate voltage Vg (100 nA / 100 g) when a current of 100 nA flows between the drain and source. Vg) is investigated (measured) by 4-terminal measurement (step S1 ′).

これにより、センスアンプSA_AとセンスアンプSA_BのIN端子に、同一の電流(100nA)を流すときのトランジスタTrのゲート電圧Vg(100nA/Vg)を測定することができる。そして、センスアンプSA_A及びセンスアンプSA_BのそれぞれのIN端子に流れる電流(以下、「電流IN」とも呼ぶ)を100nAに設定する。   Accordingly, the gate voltage Vg (100 nA / Vg) of the transistor Tr when the same current (100 nA) is supplied to the IN terminals of the sense amplifier SA_A and the sense amplifier SA_B can be measured. Then, the current (hereinafter also referred to as “current IN”) flowing through the respective IN terminals of the sense amplifier SA_A and the sense amplifier SA_B is set to 100 nA.

なお、本実施の形態の例では、前述のように、トランジスタTrに100nAの電流を流すときのゲート電圧Vg(100nA/Vg)を閾値Vthと定義するが、これは、例えば、トランジスタTrに1μAの電流を流すときのゲート電圧Vg(1μA/Vg)を閾値Vthと定義するようにしてもよい。   In the example of this embodiment, as described above, the gate voltage Vg (100 nA / Vg) when a current of 100 nA flows through the transistor Tr is defined as the threshold value Vth. This is, for example, 1 μA in the transistor Tr. The gate voltage Vg (1 μA / Vg) at the time of flowing the current may be defined as the threshold value Vth.

また、図3は、本発明の半導体集積回路評価方法における第2のステップを示す図である。この第2のステップは、センスアンプSA_AとセンスアンプSA_Bにおいて、それぞれのオフセット差をキャンセルするようにして、REF端子に流す基準電流(以下、「基準電流REF」とも呼ぶ)を測定するためのオフセット差調整モードである。   FIG. 3 is a diagram showing a second step in the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention. The second step is an offset for measuring a reference current (hereinafter also referred to as “reference current REF”) that flows to the REF terminal so that the offset difference between the sense amplifier SA_A and the sense amplifier SA_B is canceled. This is the difference adjustment mode.

図3(A)に示すように、センスアンプSA_Aに対して基準電流REFの調整を行う場合、「入力電流IN<入力電流REF」の条件において、基準電流REFを徐々に増加させ、センスアンプSA_Aの出力OUTが“H(ハレベル)”から“L(ロウレベル)”となる基準電流REFを調査(測定)する(ステップS2)。この例では、基準電流REFが110nAのときに、センスアンプSA_Aの出力OUTが“H”から“L”に遷移し、「基準電流REF=110nA」となる。   As shown in FIG. 3A, when the reference current REF is adjusted for the sense amplifier SA_A, the reference current REF is gradually increased under the condition of “input current IN <input current REF”, and the sense amplifier SA_A The reference current REF at which the output OUT becomes “L (low level)” from “H (high level)” is investigated (measured) (step S2). In this example, when the reference current REF is 110 nA, the output OUT of the sense amplifier SA_A transitions from “H” to “L”, resulting in “reference current REF = 110 nA”.

同様にして、図3(B)に示すように、センスアンプSA_Bに対して基準電流REFの調整を行う場合、「入力電流IN<入力電流REF」の条件において、基準電流REFを徐々に増加させ、センスアンプSA_Bの出力OUTが“H”から“L”となる基準電流REFを調査する(ステップS2´)。この例では、基準電流REFが110nAのときは、センスアンプSA_Bの出力OUTは“H”のままであり、基準電流REFが120nAのときに、センスアンプSA_Aの出力OUTが“H”から“L”に遷移し、「基準電流REF=120nA」となる。   Similarly, as shown in FIG. 3B, when the reference current REF is adjusted for the sense amplifier SA_B, the reference current REF is gradually increased under the condition of “input current IN <input current REF”. Then, the reference current REF at which the output OUT of the sense amplifier SA_B changes from “H” to “L” is investigated (step S2 ′). In this example, when the reference current REF is 110 nA, the output OUT of the sense amplifier SA_B remains “H”, and when the reference current REF is 120 nA, the output OUT of the sense amplifier SA_A changes from “H” to “L”. ”And becomes“ reference current REF = 120 nA ”.

これにより、センスアンプSA_AとセンスアンプSA_Bのオフセット差をキャンセルした基準電流REFを測定することができる。   Thereby, the reference current REF in which the offset difference between the sense amplifier SA_A and the sense amplifier SA_B is canceled can be measured.

また、図4は、本発明の半導体集積回路評価方法における第3のステップを示す図である。この第3のステップは、評価セルアレイ11,12中のトランジスタTr群の閾値Vthの適否(5σ以内の分布から外れているか否か)を高速でセンスする閾値Vth判定モード(高速センスモード)である。   FIG. 4 is a diagram showing a third step in the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention. This third step is a threshold Vth determination mode (high-speed sense mode) that senses at high speed whether or not the threshold value Vth of the transistor Tr group in the evaluation cell arrays 11 and 12 is out of the distribution within 5σ. .

この閾値Vth判定モードでは、図4(A)に示すように、オフセット差をキャンセルした基準電流REFの値を用いて、評価セルアレイ11内の各トランジスタTrの閾値VthをセンスアンプSA_Aで高速に判定する(ステップS3)。この例では、基準電流REFとして110nAをREF端子に流し、IN端子を通して各トランジスタTrに流れる電流と比較する。この判定においては、例えば、センスアンプSA_Aの出力OUTが“H”から“L”に切り替わらずに、“H”のままであるトランジスタTrを不良トランジスタとして特定する。   In this threshold Vth determination mode, as shown in FIG. 4A, the threshold Vth of each transistor Tr in the evaluation cell array 11 is determined at high speed by the sense amplifier SA_A using the value of the reference current REF with the offset difference canceled. (Step S3). In this example, 110 nA is supplied as the reference current REF to the REF terminal, and is compared with the current flowing through each transistor Tr through the IN terminal. In this determination, for example, the transistor Tr that remains “H” without the output OUT of the sense amplifier SA_A being switched from “H” to “L” is specified as a defective transistor.

この閾値Vth判定モードについてさらに、補足して説明する。図18(A)に示すように、評価セルアレイ11中のトランジスタTr群の閾値VthをセンスアンプSAで高速でセンスする場合に、測定対象となるトランジスタTr群に対して、ゲート電圧/ドレイン電圧/ソース電圧を印加し、閾値Vthを判定する。   This threshold Vth determination mode will be further described supplementarily. As shown in FIG. 18A, when the threshold voltage Vth of the transistor Tr group in the evaluation cell array 11 is sensed at high speed by the sense amplifier SA, the gate voltage / drain voltage / A source voltage is applied and the threshold value Vth is determined.

センスアンプSAのIN端子の電流は、測定対象となるトランジスタTrに流れる電流信号であり、センスアンプSAのREF端子の電流は、リファレンス信号(基準電流REF)であり、例えば、オフセット差の調整が行われた電流110nA(実質100nA)である。   The current at the IN terminal of the sense amplifier SA is a current signal flowing through the transistor Tr to be measured, and the current at the REF terminal of the sense amplifier SA is a reference signal (reference current REF). For example, the offset difference is adjusted. The resulting current is 110 nA (substantially 100 nA).

この構成において、センスアンプSAに繋がる評価セルアレイ11において、カラムセレクト信号とロウセレクト信号により或るトランジスタTrを選択する。そして、例えば、信号DBC(Drain Bias Control)によりトランジスタTrのドレインに電圧1Vを印加した状態で、トランジスタTrにゲート電圧を印加し、センスアンプSAにより、トランジスタTrに流れる電流と基準電流REFとを比較する。   In this configuration, a certain transistor Tr is selected by a column select signal and a row select signal in the evaluation cell array 11 connected to the sense amplifier SA. Then, for example, a gate voltage is applied to the transistor Tr in a state where a voltage of 1 V is applied to the drain of the transistor Tr by a signal DBC (Drain Bias Control), and a current flowing through the transistor Tr and a reference current REF are generated by the sense amplifier SA. Compare.

この場合に、例えば、図18(B)に示すように、評価セルアレイ11中のトランジスタTr群において、ドレインとソース間に100nAの電流が流れるときのゲート電圧Vg(100nA/Vg)の分布が、0.8Vを中心値とした正規分布を示すとする。そして、バラツキ5σの範囲を超えるゲート電圧Vg(100nA/Vg)が、1.0V以上、および0.6V以下とする。   In this case, for example, as shown in FIG. 18B, in the transistor Tr group in the evaluation cell array 11, the distribution of the gate voltage Vg (100 nA / Vg) when a current of 100 nA flows between the drain and the source is It is assumed that a normal distribution with a center value of 0.8 V is shown. The gate voltage Vg (100 nA / Vg) exceeding the range of variation 5σ is 1.0 V or more and 0.6 V or less.

この場合に、評価対象となるトランジスタTrのゲート電圧Vgに1.0Vを入力し、評価セルアレイ11中のトランジスタTr群を選択し、選択したトランジスタTrに流れる電流INと、基準電流REFとをセンスアンプSAにより比較する。そして、「電流IN<基準電流REF」となるトランジスタTrであるか否かを判定し、「電流IN>基準電流REF」となるトランジスタTrを不良トランジスタであると判定することにより、不良トランジスタTrを選別する。   In this case, 1.0 V is input to the gate voltage Vg of the transistor Tr to be evaluated, the transistor Tr group in the evaluation cell array 11 is selected, and the current IN flowing through the selected transistor Tr and the reference current REF are sensed. Comparison is made by the amplifier SA. Then, it is determined whether or not the transistor Tr satisfies “current IN <reference current REF”, and determines that the transistor Tr satisfies “current IN> reference current REF” as a defective transistor, thereby determining the defective transistor Tr. Sort out.

また、同様にして、トランジスタTrのゲート電圧Vgに0.6Vを入力し、評価セルアレイ11中のトランジスタTr群を選択し、選択したトランジスタTrに流れる電流INと、基準電流REFとをセンスアンプSAにより比較する。そして、「電流IN<基準電流REF」となるトランジスタTrを不良トランジスタとして選別する。これにより、閾値Vthの電圧(ゲート電圧Vg)が、高い側、低い側合わせて、5σ以内の分布を外れたトランジスタを選別することができる。なお、前述の6σは一例であって、4σ又は5σであってもよく、必要に応じて任意に選択することができる。   Similarly, 0.6V is input to the gate voltage Vg of the transistor Tr, the transistor Tr group in the evaluation cell array 11 is selected, and the current IN flowing through the selected transistor Tr and the reference current REF are converted to the sense amplifier SA. Compare with Then, the transistor Tr that satisfies “current IN <reference current REF” is selected as a defective transistor. Accordingly, it is possible to select transistors whose threshold Vth voltage (gate voltage Vg) is out of the distribution within 5σ, including the high side and the low side. The above 6σ is an example and may be 4σ or 5σ, and can be arbitrarily selected as necessary.

なお、上述した例では、トランジスタTrのゲート電圧Vgを変化させて、閾値Vthの電圧(ゲート電圧Vg)が、高い側、低い側合わせて、5σ以内の分布を外れたトランジスタを選別する例について説明したが、トランジスタTrのゲート電圧Vgを一定とし、基準電流REFの値を増減させて選別を行うようにもできる。   In the above-described example, the gate voltage Vg of the transistor Tr is changed to select a transistor whose threshold Vth voltage (gate voltage Vg) is out of the distribution of 5σ within the high side and the low side. As described above, the selection can be performed by keeping the gate voltage Vg of the transistor Tr constant and increasing or decreasing the value of the reference current REF.

同様にして、図4(B)に示すように、オフセット差をキャンセルした基準電流REFの値を用いて、評価セルアレイ12内の各トランジスタTrの閾値VthをセンスアンプSA_Bで高速に判定する(ステップS3´)。この例では、基準電流REFとして120nAを流し、IN端子を通して各トランジスタTrに流れる電流と比較し、閾値Vthが5σ以内の分布から外れた不良トランジスタTrを特定する。   Similarly, as shown in FIG. 4B, the threshold value Vth of each transistor Tr in the evaluation cell array 12 is determined at high speed by the sense amplifier SA_B using the value of the reference current REF with the offset difference canceled (step S3 ′). In this example, 120 nA is supplied as the reference current REF, and compared with the current flowing through each transistor Tr through the IN terminal, the defective transistor Tr whose threshold value Vth is out of the distribution within 5σ is specified.

また、図5は、本発明の半導体集積回路評価方法における第4のステップを示す図である。この第4のステップでは、第3のステップ(閾値Vth判定モード)において、評価セルアレイ中の特定した不良トランジスタTrについて、閾値Vth測定モード(トランジスタ特性測定モード)により、4端子測定を行い、トランジスタ特性(正確な閾値Vthや、Vg−Id特性等)を測定する。   FIG. 5 is a diagram showing a fourth step in the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention. In the fourth step, four-terminal measurement is performed on the specified defective transistor Tr in the evaluation cell array in the third step (threshold Vth determination mode) in the threshold Vth measurement mode (transistor characteristic measurement mode), and transistor characteristics are measured. (Accurate threshold Vth, Vg-Id characteristics, etc.) are measured.

すなわち、図5(A)に示すように、評価セルアレイ11について、閾値Vth判定モード(高速センスモード)において選別された不良トランジスタTrを、カラムセレクト信号及びロウセレクト信号により選択する。そして、測定対象となるトランジスタTrにゲート電圧、ドレイン電圧、ソース電圧、及びバックゲート電圧を印加し、4端子測定によりトランジスタ特性を測定する(ステップS4)。   That is, as shown in FIG. 5A, for the evaluation cell array 11, the defective transistor Tr selected in the threshold Vth determination mode (high-speed sense mode) is selected by the column select signal and the row select signal. Then, a gate voltage, a drain voltage, a source voltage, and a back gate voltage are applied to the transistor Tr to be measured, and transistor characteristics are measured by four-terminal measurement (step S4).

この場合、信号DF(Drain Force)により、測定対象となるトランジスタTrのドレインに所望の電圧を印加する。また、トランジスタTrのゲート電圧(ワード線の電圧)を、ロウセレクト信号により変化させて、ドレインに流れる電流を測定することにより、測定対象となる不良トランジスタTrの正確な閾値Vthや、Vg−Id特性等を測定することができる。   In this case, a desired voltage is applied to the drain of the transistor Tr to be measured by a signal DF (Drain Force). Further, by changing the gate voltage (word line voltage) of the transistor Tr according to the row select signal and measuring the current flowing through the drain, the accurate threshold value Vth or Vg−Id of the defective transistor Tr to be measured is measured. Characteristics and the like can be measured.

同様にして、図5(B)に示すように、評価セルアレイ12について、閾値Vth判定モード(高速センスモード)において選別された不良トランジスタTrを、カラムセレクト信号及びロウセレクト信号により選択し、測定対象となるトランジスタTrにゲート電圧、ドレイン電圧、ソース電圧、及びバックゲート電圧を印加して、4端子測定を行う(ステップS4´)。これにより、評価セルアレイ12において、測定対象となる不良トランジスタTrの正確な閾値Vthや、Vg−Id特性等を測定することができる。   Similarly, as shown in FIG. 5B, for the evaluation cell array 12, the defective transistor Tr selected in the threshold Vth determination mode (high-speed sense mode) is selected by the column select signal and the row select signal, and the measurement target A gate voltage, a drain voltage, a source voltage, and a back gate voltage are applied to the transistor Tr to be a four-terminal measurement (step S4 ′). Thereby, in the evaluation cell array 12, the accurate threshold value Vth, Vg-Id characteristic, etc. of the defective transistor Tr to be measured can be measured.

このように、評価セルアレイ11,12を構成する各トランジスタの閾値Vthが所定の分布範囲を超えるトランジスタを判定して選別し、この選別されたトランジスタについてトランジスタ特性を測定することにより、DMA−TEG等の大規模な半導体集積回路において、不良トランジスタの検出と、不良トランジスタのトランジスタ特性の測定とを高速(短時間)で行うことができるようになる。   In this way, by determining and selecting a transistor in which the threshold value Vth of each transistor constituting the evaluation cell arrays 11 and 12 exceeds a predetermined distribution range, and measuring the transistor characteristics of the selected transistor, DMA-TEG or the like In such a large-scale semiconductor integrated circuit, detection of a defective transistor and measurement of transistor characteristics of the defective transistor can be performed at high speed (in a short time).

また、図6は、図2〜図5において説明した、本発明の半導体集積回路評価方法における測定手順(ステップ)を整理して、フローチャートで示したものである。このうち、図6(A)は、より具体例に処理フローを示したものであり、図6(B)は、より一般的な汎用フローを示したものである。   FIG. 6 is a flowchart showing the measurement procedures (steps) in the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention described with reference to FIGS. Among these, FIG. 6A shows a processing flow as a more specific example, and FIG. 6B shows a more general general-purpose flow.

図6(A)において、まず、「IN=100nA」の設定を行う(ステップS1)。このステップS1では、センスアンプSA_B,SA_BのIN端子の電流条件を各センスアンプで同一にするため、トランジスタTrに流れる電流(IN端子に流れる電流)を例えば、100nAに合わせる。   In FIG. 6A, first, “IN = 100 nA” is set (step S1). In this step S1, in order to make the current conditions of the IN terminals of the sense amplifiers SA_B and SA_B the same for each sense amplifier, the current flowing through the transistor Tr (current flowing through the IN terminal) is adjusted to, for example, 100 nA.

次に、「基準電流REF値の調整」を行う(ステップS2)。このステップS2では、センスアンプSA_B,SA_B間のオフセット差をキャンセルするため、各センスアンプSA_A,SA_BのIN端子の電流条件が同一の状態で、OUT端子が「“H”→“L”」になる、REF端子の電流条件を調査(測定)する。また、この測定した電流条件を基準電流REFとして設定する。   Next, “adjustment of the reference current REF value” is performed (step S2). In this step S2, in order to cancel the offset difference between the sense amplifiers SA_B and SA_B, the OUT terminal is changed from “H” to “L” while the current conditions of the IN terminals of the sense amplifiers SA_A and SA_B are the same. The current condition of the REF terminal is investigated (measured). The measured current condition is set as the reference current REF.

続いて、「閾値Vthの判定」を行う(ステップS3)。このステップS3では、予め設定した基準となる閾値Vthを基に、測定対象トランジスタTrの閾値Vthの大小を、センスアンプを用いて高速に判定し、多大な数のトランジスタTrより基準となる閾値Vth付近のトランジスタTrを特定する。例えば、5σの分布の範囲外のトランジスタTrを特定する。   Subsequently, “determination of threshold value Vth” is performed (step S3). In this step S3, the threshold value Vth of the measurement target transistor Tr is determined at high speed using a sense amplifier based on a preset reference threshold value Vth, and the reference threshold value Vth from a large number of transistors Tr. A nearby transistor Tr is specified. For example, the transistor Tr outside the range of 5σ distribution is specified.

そして、「閾値Vthの測定」を行う(ステップS4)。このステップS4では、特定したトランジスタTrについて、4端子測定で正確な閾値Vthの測定や、所望の場合には、Vg−Id特性の測定を行う。   Then, “measurement of threshold value Vth” is performed (step S4). In step S4, for the specified transistor Tr, an accurate threshold value Vth is measured by four-terminal measurement, and, if desired, a Vg-Id characteristic is measured.

また、図6(B)に示す汎用処理のフローチャートにおいて、まず、IN端子条件設定モードにより、IN端子の条件を各センスアンプSA間で同一にする(ステップS1A)。そして、オフセット差調整モードにより、センスアンプSA間のオフセット差をキャンセルする(ステップS2A)。   In the general-purpose processing flowchart shown in FIG. 6B, first, the IN terminal condition is set to be the same between the sense amplifiers SA in the IN terminal condition setting mode (step S1A). Then, the offset difference between the sense amplifiers SA is canceled in the offset difference adjustment mode (step S2A).

次に、閾値Vth測定モードにより、センスアンプSAを用いて、測定対象トランジスタTrの閾値Vthを高速に判定する(ステップS3A)。これにより、多大な数のトランジスタTrより基準となる閾値Vth付近のトランジスタTrを特定する。例えば、5σの分布の範囲外のトランジスタTrを特定する。   Next, the threshold value Vth of the measurement target transistor Tr is determined at high speed using the sense amplifier SA in the threshold value Vth measurement mode (step S3A). As a result, the transistor Tr near the reference threshold value Vth is identified from a large number of transistors Tr. For example, the transistor Tr outside the range of 5σ distribution is specified.

そして、閾値Vth測定モードにより、ステップS3Aで特定したトランジスタTrについて、4端子測定により、正確な閾値Vthや、Vg−Id特性等のトランジスタ特性の測定を行う(ステップS4A)。   Then, the transistor characteristics specified in step S3A are measured in the threshold Vth measurement mode, and the transistor characteristics such as the accurate threshold Vth and Vg-Id characteristics are measured by the four-terminal measurement (step S4A).

なお、図2〜図6で説明した、本発明の半導体集積回路評価方法の手順において、前述の第1の測定ステップは、IN端子の電流条件を各センスアンプSA_A,SA_Bで同一にするIN端子条件設定モードに相当し、第2の測定ステップは、各センスアンプSA_A,SA_B間のオフセット差をキャンセルするオフセット差調整モードに相当し、前述の第3の測定ステップは、トランジスタTrの閾値Vthの判定を行う閾値Vth判定モードに相当し、前述の第4の測定ステップは、閾値Vth判定モードにより選別されたトランジスタTrのトランジスタ特性を測定する閾値Vth測定モード(トランジスタ特性測定モード)に相当する。また、センスアンプの第1の入力端子は、センスアンプSA_A,SA_BのIN端子に相当し、第2の入力端子は、センスアンプSA_A,SA_BのREF端子に相当する。また、前述の基準信号は、基準電流REFに相当する。   In the procedure of the semiconductor integrated circuit evaluation method of the present invention described with reference to FIGS. 2 to 6, the first measurement step described above includes the IN terminal in which the current condition of the IN terminal is the same in each of the sense amplifiers SA_A and SA_B. This corresponds to the condition setting mode, and the second measurement step corresponds to an offset difference adjustment mode in which the offset difference between the sense amplifiers SA_A and SA_B is cancelled. The above-described third measurement step corresponds to the threshold Vth of the transistor Tr. This corresponds to the threshold Vth determination mode in which determination is performed, and the above-described fourth measurement step corresponds to a threshold Vth measurement mode (transistor characteristic measurement mode) in which the transistor characteristics of the transistors Tr selected in the threshold Vth determination mode are measured. The first input terminal of the sense amplifier corresponds to the IN terminals of the sense amplifiers SA_A and SA_B, and the second input terminal corresponds to the REF terminals of the sense amplifiers SA_A and SA_B. The reference signal described above corresponds to the reference current REF.

上述の構成により、複数のセンスアンプを使用して、評価セルアレイ11,12中のトランジスタTr群の閾値Vthの判定を行う場合に、各センスアンプ間のオフセット差をキャンセルして高精度で閾値Vthの判定を行うことができる。このため、大規模なDMA−TEG等の半導体集積回路においても、所定の分布範囲から外れた異常なトランジスタの特性評価を、高精度で且つ高速(短時間)に行える。   With the above configuration, when the threshold value Vth of the transistor Tr group in the evaluation cell arrays 11 and 12 is determined using a plurality of sense amplifiers, the offset difference between the sense amplifiers is canceled and the threshold value Vth is highly accurate. Can be determined. For this reason, even in a large-scale semiconductor integrated circuit such as a DMA-TEG, the characteristics of an abnormal transistor outside a predetermined distribution range can be evaluated with high accuracy and at high speed (in a short time).

[センスアンプの構成例の説明]
図7は、本発明において使用されるセンスアンプSAの構成例を示す図であり、電流型センスアンプの例である。
[Description of configuration example of sense amplifier]
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the sense amplifier SA used in the present invention, which is an example of a current type sense amplifier.

図7(A)は、単純カレントミラー型のセンスアンプであり、PチャネルMOSトランジスタ対Q1,Q2により、カレントミラー回路を構成し、REF端子を参照電流側のトランジスタQ2のドレインに接続し、IN端子とOUT端子をミラー電流側のトランジスタQ1のドレインに接続した構成のものである。   FIG. 7A shows a simple current mirror type sense amplifier, which forms a current mirror circuit by a pair of P-channel MOS transistors Q1 and Q2, connects the REF terminal to the drain of the transistor Q2 on the reference current side, and IN In this configuration, the terminal and the OUT terminal are connected to the drain of the transistor Q1 on the mirror current side.

図7(B)は、カスケード単純カレントミラー型のセンスアンプであり、PチャネルMOSトランジスタ対Q1,Q2で構成されるカレントミラー回路と、PチャネルMOSトランジスタ対Q3,Q4で構成されるカレントミラー回路と、をカスケードに接続したものである。そして、REF端子を参照電流側のトランジスタQ4のドレインに接続し、IN端子とOUT端子をミラー電流側のトランジスタQ3のドレインに接続して構成される。このカスケード単純カレントミラー型のセンスアンプでは、出力OUTの変動による出力電流値の変動を抑制することができる。   FIG. 7B shows a cascade simple current mirror type sense amplifier, which includes a current mirror circuit composed of a P-channel MOS transistor pair Q1, Q2, and a current mirror circuit composed of a P-channel MOS transistor pair Q3, Q4. Are connected in cascade. The REF terminal is connected to the drain of the transistor Q4 on the reference current side, and the IN terminal and the OUT terminal are connected to the drain of the transistor Q3 on the mirror current side. In this cascade simple current mirror type sense amplifier, fluctuations in the output current value due to fluctuations in the output OUT can be suppressed.

また、図7(C)は、電流たすきがけ型のセンスアンプである。この電流たすきがけ型のセンスアンプ回路は、PチャネルMOSトランジスタ対Q11,Q12,Q13で構成される第1のカレントミラー回路と、PチャネルMOSトランジスタ対Q21,Q22,Q23で構成される第2のカレントミラー回路と、NチャネルMOSトランジスタ対Q31,Q32で構成される第1の電流シンク回路と、NチャネルMOSトランジスタ対Q41,Q42で構成される第2の電流シンク回路と、を有して構成される。   FIG. 7C illustrates a current-spray type sense amplifier. This current erasing type sense amplifier circuit includes a first current mirror circuit composed of a P channel MOS transistor pair Q11, Q12, Q13 and a second current mirror circuit composed of a P channel MOS transistor pair Q21, Q22, Q23. A current mirror circuit; a first current sink circuit composed of an N-channel MOS transistor pair Q31, Q32; and a second current sink circuit composed of an N-channel MOS transistor pair Q41, Q42. Is done.

この電流たすきがけ型センスアンプでは、第1のカレントミラー回路から流れる電流(Q12から流れる電流)により第1の電流シンク回路が駆動され、第2のカレントミラー回路から流れる電流(Q22から流れる電流)により第2の電流シンク回路が駆動される。そして、PチャネルMOSトランジスタQ13のドレインと、NチャネルMOSトランジスタQ41のドレインとが、また、PチャネルMOSトランジスタQ21のドレインと、NチャネルMOSトランジスタQ32のドレインとが、それぞれ、たすきがけ型に接続されて構成される。   In this current-passing sense amplifier, the first current sink circuit is driven by the current flowing from the first current mirror circuit (current flowing from Q12), and the current flowing from the second current mirror circuit (current flowing from Q22). As a result, the second current sink circuit is driven. The drain of the P channel MOS transistor Q13, the drain of the N channel MOS transistor Q41, the drain of the P channel MOS transistor Q21, and the drain of the N channel MOS transistor Q32 are connected in a brushed manner. Configured.

図8は、図7(C)に示す電流たすきがけ型のセンスアンプの動作を説明するための図である。IN端子の電流が基準電流REFより大きいと、図(A)の右側の動作特性曲線に示すように、I(Q13)>I(Q41)となり、出力OUTは高い電圧になる。逆に、IN端子の電流が基準電流REFより小さいと、図(B)の右側の動作特性曲線に示すように、I(Q13)<I(Q41)となり、出力OUTは低い電圧となる。   FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the current-plow type sense amplifier shown in FIG. When the current at the IN terminal is larger than the reference current REF, I (Q13)> I (Q41) as shown in the operation characteristic curve on the right side of FIG. On the other hand, when the current at the IN terminal is smaller than the reference current REF, as shown in the operation characteristic curve on the right side of FIG. (B), I (Q13) <I (Q41) and the output OUT becomes a low voltage.

そして、図7(A),(B),(C)に示した電流型センスアンプのそれぞれは、トランジスタTrの特性により生じるオフセット差を基準電流REFの値で調整することができる構成のものである。   Each of the current-type sense amplifiers shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C has a configuration that can adjust the offset difference caused by the characteristics of the transistor Tr by the value of the reference current REF. is there.

また、図9は、電圧型センスアンプの例である。図9に示す電圧型センスアンプは、PチャネルMOSトランジスタ対Q5,Q6で構成される第1のカレントミラー回路と、差動入力対を構成するNチャネルMOSトランジスタ対Q7,Q8と、定電流源となるNチャネルMOSトランジスタQ9で構成される周知の構成のものである。   FIG. 9 is an example of a voltage type sense amplifier. The voltage-type sense amplifier shown in FIG. 9 includes a first current mirror circuit composed of P-channel MOS transistor pairs Q5 and Q6, N-channel MOS transistor pairs Q7 and Q8 constituting a differential input pair, and a constant current source. The N channel MOS transistor Q9 has a well-known configuration.

図9に示す電圧型センスアンプにおいても、基準電圧REFの値を調整することにより、センスアンプのオフセット差をキャンセルすることができる。   Also in the voltage-type sense amplifier shown in FIG. 9, the offset difference of the sense amplifier can be canceled by adjusting the value of the reference voltage REF.

この電圧型センスアンプを使用する場合、前述のIN端子条件設定モード(図2を参照)においては、センスアンプSA_A,SA_BのIN端子に入力される同一条件の信号は電圧信号となる。また、オフセット差調整モード(図3を参照)においても、IN端子に同一条件の電圧信号が入力電流された状態において、REF端子に入力する電圧を調整して、基準電圧REFを調査(測定)することになる。また、閾値Vth判定モード(図4を参照)においては、センスアンプSA_A,SA_BのIN端子に測定対象トランジスタTrのドレイン電圧を入力し、REF端子に入力される基準電圧REFと比較することにより、例えば、閾値Vthの電圧(ドレイン電圧)が5σ以内の分布から外れたトランジスタTrを判定することになる。   When this voltage-type sense amplifier is used, in the above-described IN terminal condition setting mode (see FIG. 2), signals of the same condition input to the IN terminals of the sense amplifiers SA_A and SA_B are voltage signals. Also in the offset difference adjustment mode (see FIG. 3), the voltage input to the REF terminal is adjusted and the reference voltage REF is investigated (measured) in the state where the voltage signal of the same condition is input to the IN terminal. Will do. In the threshold Vth determination mode (see FIG. 4), the drain voltage of the measurement target transistor Tr is input to the IN terminals of the sense amplifiers SA_A and SA_B, and compared with the reference voltage REF input to the REF terminal. For example, the transistor Tr whose threshold voltage Vth (drain voltage) deviates from the distribution within 5σ is determined.

なお、図7(C)に示す電流たすきがけ型のセンスアンプにおいて、前述の第1のカレントミラー回路は、PチャネルMOSトランジスタQ11,Q12,Q13が相当し、第2のカレントミラー回路は、PチャネルMOSトランジスタQ21,Q22,Q23が相当する。また、前述の第1の電流シンク回路は、NチャネルMOSトランジスタQ31,Q32が相当し、第2の電流シンク回路は、NチャネルMOSトランジスタQ41,Q42が相当する。また、第1のカレントミラー回路における第1のミラー電流はトランジスタQ12から流れる電流が相当し、第2のミラー電流はトランジスタQ13から流れる電流が相当する。また、第2のカレントミラー回路における第1のミラー電流はトランジスタQ22から流れる電流が相当し、第2のミラー電流はトランジスタQ21から流れる電流が相当する。   7C, the first current mirror circuit described above corresponds to P-channel MOS transistors Q11, Q12, and Q13, and the second current mirror circuit includes P Channel MOS transistors Q21, Q22, and Q23 correspond. The first current sink circuit described above corresponds to N channel MOS transistors Q31 and Q32, and the second current sink circuit corresponds to N channel MOS transistors Q41 and Q42. The first mirror current in the first current mirror circuit corresponds to the current flowing from the transistor Q12, and the second mirror current corresponds to the current flowing from the transistor Q13. The first mirror current in the second current mirror circuit corresponds to the current flowing from the transistor Q22, and the second mirror current corresponds to the current flowing from the transistor Q21.

そして、図7(C)に示す電流たすきがけ型のセンスアンプは、IN端子に流れる電流を参照電流とし、第1及び第2の2つのミラー電流を供給する3個のPチャネルMOSトランジスタQ11,Q12,Q13で構成される第1のカレントミラー回路と、1対のNチャネルMOSトランジスタQ31,Q32で構成されると共に、第1のカレントミラー回路(Q12)から流れる第1のミラー電流を参照電流として駆動される第1の電流シンク回路(Q31,Q32)と、REF端子に流れる電流を参照電流とし、第1及び第2の2つのミラー電流を供給する3個のPチャネルMOSトランジスタQ21,Q22,Q23で構成される第2のカレントミラー回路と、1対のNチャネルMOSトランジスタQ41,Q42で構成されると共に、第2のカレントミラー回路(Q22)から流れる第1のミラー電流を参照電流として駆動される第2の電流シンク回路と、を備え、第1のカレントミラー回路(Q13)から流れる第2のミラー電流を、第2の電流シンク回路のミラー電流(Q41の電流)として流すようにし、第2のカレントミラー回路(Q21)から流れる第2のミラー電流を、第1の電流シンク回路のミラー電流(Q32の電流)として流すように構成される。   7C, the current plow-type sense amplifier has three P-channel MOS transistors Q11 that supply the first and second mirror currents using the current flowing through the IN terminal as a reference current. A first current mirror circuit composed of Q12 and Q13 and a pair of N-channel MOS transistors Q31 and Q32, and a first mirror current flowing from the first current mirror circuit (Q12) is used as a reference current. The first current sink circuit (Q31, Q32) driven as the three currents and three P-channel MOS transistors Q21, Q22 that supply the first and second mirror currents using the current flowing through the REF terminal as a reference current. , Q23, and a pair of N-channel MOS transistors Q41, Q42. And a second current sink circuit driven by using a first mirror current flowing from the second current mirror circuit (Q22) as a reference current, and a second mirror current flowing from the first current mirror circuit (Q13) As the mirror current (Q41 current) of the second current sink circuit, and the second mirror current flowing from the second current mirror circuit (Q21) is used as the mirror current (Q32 of the first current sink circuit). Current).

[センスアンプのIN端子条件の設定例の説明]
図10は、センスアンプのIN端子の入力電流条件の第1の設定例を示す図である。この例は、図2で説明した例と同様に、評価セルアレイ11中の測定対象のトランジスタTr群より任意の1つのトランジスタTrを使用して、センスアンプにIN条件を設定する例である。
[Explanation of setting example of IN terminal condition of sense amplifier]
FIG. 10 is a diagram illustrating a first setting example of the input current condition of the IN terminal of the sense amplifier. This example is an example in which an IN condition is set in the sense amplifier by using any one transistor Tr from the transistor Tr group to be measured in the evaluation cell array 11 as in the example described in FIG.

この第1の設定例では、図10に示すように、評価セルアレイ11,12中のトランジスタTr群より、それぞれ任意の1つのトランジスタTrを使用する。そして、センスアンプSA_A,SA_Bが電流センスアンプの場合は、トランジスタTrのゲート、ドレイン電圧を調整し、一定の電流を発生させる。すなわち、センスアンプSAごとにIN端子に流れる電流が一定となるようにトランジスタTrのゲート電圧を調整する。
上述のようにセンスアンプのIN端子に定電流を印加して、信号DBC(Drain Bias Control)に印加する電圧を定める。これにより、複数のセンスアンプ間に生じるIN端子から印加される電流のバラツキを補正し、複数のセンスアンプに対して同じ入力電流条件を定めることができる。
In the first setting example, as shown in FIG. 10, any one transistor Tr is used from the transistor Tr group in the evaluation cell arrays 11 and 12. When the sense amplifiers SA_A and SA_B are current sense amplifiers, the gate and drain voltages of the transistor Tr are adjusted to generate a constant current. That is, the gate voltage of the transistor Tr is adjusted so that the current flowing through the IN terminal is constant for each sense amplifier SA.
As described above, a constant current is applied to the IN terminal of the sense amplifier to determine a voltage to be applied to the signal DBC (Drain Bias Control). As a result, the variation in current applied from the IN terminal generated between the plurality of sense amplifiers can be corrected, and the same input current condition can be defined for the plurality of sense amplifiers.

また、図11は、センスアンプのIN端子の入力電流条件の第2の設定例を示す図である。この第2の設定例は、IN端子に入力する電流を外部から与える場合の例である。   FIG. 11 is a diagram illustrating a second setting example of the input current condition of the IN terminal of the sense amplifier. This second setting example is an example in which a current input to the IN terminal is given from the outside.

図11に示すように、センスアンプSA_Aに対して、NチャネルMOSトランジスタQ101をオンにし、IN端子に流れる電流を外部端子EXINから入力し、センスアンプSA_Aに対するIN端子の電流の調整を行う。   As shown in FIG. 11, the N-channel MOS transistor Q101 is turned on for the sense amplifier SA_A, the current flowing through the IN terminal is input from the external terminal EXIN, and the current at the IN terminal for the sense amplifier SA_A is adjusted.

同様に、センスアンプSA_Bに対して、NチャネルMOSトランジスタQ102をオンにし、IN端子に流れる電流を外部端子EXINから入力し、センスアンプSA_Bに対するIN端子の電流の調整を行う。   Similarly, for the sense amplifier SA_B, the N-channel MOS transistor Q102 is turned on, the current flowing through the IN terminal is input from the external terminal EXIN, and the current at the IN terminal with respect to the sense amplifier SA_B is adjusted.

これにより、各センスアンプSA_A,SA_BにおけるIN端子に流れる電流条件を同一にする。なお、オフセットのキャンセルを複数個のセンスアンプSA_A,SA_Bで同時に行う場合は、EXIN端子を複数に分けるようにしてもよい。   As a result, the current conditions flowing through the IN terminals in the sense amplifiers SA_A and SA_B are made the same. In the case where the offset cancellation is performed simultaneously by a plurality of sense amplifiers SA_A and SA_B, the EXIN terminal may be divided into a plurality.

また、図12は、センスアンプのIN端子の入力電流条件の第3の設定例を示す図である。この第3の設定例は、各センスアンプSA_A,SA_Bで専用の電流発生用のトランジスタを使用する場合の例である。   FIG. 12 is a diagram illustrating a third setting example of the input current condition of the IN terminal of the sense amplifier. This third setting example is an example in which a dedicated current generating transistor is used in each sense amplifier SA_A, SA_B.

図12に示す例では、各センスアンプSA_A,SA_Bで専用に配置した電流発生用トランジスタQ111,Q112と、セレクトトランジスタQ113,Q114を使用する。各電流発生用トランジスタQ111,Q112は、WLサイズを大きくすることで、トランジスタ特性のバラツキが小さくなるため、同一のゲート電圧を使用してIN端子の条件を設定できる。また、一度に、複数のセンスアンプSA_A,SA_Bの設定が行える。   In the example shown in FIG. 12, current generating transistors Q111 and Q112 and select transistors Q113 and Q114 arranged exclusively for the sense amplifiers SA_A and SA_B are used. Since each of the current generating transistors Q111 and Q112 has a smaller WL characteristics by increasing the WL size, the conditions of the IN terminal can be set using the same gate voltage. In addition, a plurality of sense amplifiers SA_A and SA_B can be set at a time.

また、図13は、センスアンプのIN端子の入力電流条件の第4の設定例を示す図である。この第4の設定例は、各センスアンプで共通の電流発生用トランジスタQ121を使用する例である。図13に示す例では、各センスアンプSA_A,SA_Bで共通の電流発生用トランジスタQ121と、各センスアンプSA_A,SA_BのIN端子に電流を流すためのセレクトトランジスタQ122,Q123を使用する。   FIG. 13 is a diagram illustrating a fourth setting example of the input current condition of the IN terminal of the sense amplifier. The fourth setting example is an example in which a common current generating transistor Q121 is used in each sense amplifier. In the example shown in FIG. 13, the current generating transistor Q121 common to the sense amplifiers SA_A and SA_B and the select transistors Q122 and Q123 for flowing current to the IN terminals of the sense amplifiers SA_A and SA_B are used.

この構成においては、電流発生用トランジスタQ121が各センスアンプSA_A,SA_Bで同一であるため、IN端子条件を同一にしやすい利点がある。
上述の第1の設定例から第4の設定例のいずれかの方法を用いて、複数のセンスアンプ間に生じるIN端子から印加される電流のバラツキを補正し、複数のセンスアンプに対して同じ入力電流条件を定める。
In this configuration, since the current generating transistor Q121 is the same in each of the sense amplifiers SA_A and SA_B, there is an advantage that the IN terminal conditions can be easily made the same.
Using any one of the first setting example to the fourth setting example described above, the variation in the current applied from the IN terminal between the plurality of sense amplifiers is corrected, and the same is applied to the plurality of sense amplifiers. Define input current conditions.

[本発明の半導体集積回路評価装置の構成]
図14は、本発明の半導体集積回路評価装置の構成を示す図であり、例えば、1GビットのDMA−TEGを評価する半導体集積回路評価装置の備える処理部を示す図である。
[Configuration of Semiconductor Integrated Circuit Evaluation Apparatus of the Present Invention]
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a semiconductor integrated circuit evaluation apparatus according to the present invention. For example, FIG. 14 is a diagram showing a processing unit included in a semiconductor integrated circuit evaluation apparatus that evaluates a 1-Gbit DMA-TEG.

図14に示す本発明の半導体集積回路評価装置20において、測定モード切替部21は、IN端子条件設定モードと、オフセット差調整モードと、Vth判定モード(高速センスモード)とVth測定モード(トランジスタ特性測定モード)との動作モードの切り替えを行う。   In the semiconductor integrated circuit evaluation apparatus 20 of the present invention shown in FIG. 14, the measurement mode switching unit 21 includes an IN terminal condition setting mode, an offset difference adjustment mode, a Vth determination mode (high-speed sense mode), and a Vth measurement mode (transistor characteristics). Switch the operation mode to (measurement mode).

IN端子条件設定部22は、IN端子条件設定モードにおいて、複数のセンスアンプSA_A,SA_BのIN端子の入力電流の条件を同一状態とする処理を行う。例えば、各センスアンプSA_A,SA_BのIN端子に流れる電流を100nAになるように、評価セルアレイ11,12中のトランジスタTrのゲート電圧を調整する。   In the IN terminal condition setting mode, the IN terminal condition setting unit 22 performs processing for setting the input current conditions of the IN terminals of the plurality of sense amplifiers SA_A and SA_B to the same state. For example, the gate voltage of the transistor Tr in the evaluation cell arrays 11 and 12 is adjusted so that the current flowing through the IN terminals of the sense amplifiers SA_A and SA_B becomes 100 nA.

オフセット差調整部23は、オフセット差調整モードにおいて、複数のセンスアンプSA_A,SA_Bのオフセット差をキャンセルするために、IN端子の入力電流条件が同一の状態において、REF端子の入力電流の条件を測定する処理を行う。   In the offset difference adjustment mode, the offset difference adjustment unit 23 measures the condition of the input current at the REF terminal when the input current condition at the IN terminal is the same in order to cancel the offset difference between the plurality of sense amplifiers SA_A and SA_B. Perform the process.

不良トランジスタ識別部24は、閾値Vth判定モード(高速センスモード)において、5σの分布範囲を外れる閾値Vthを有するトランジスタを、センスアンプから出力される“H”/“L”の判定信号により識別する処理を行う。不良トランジスタ識別部24は、この不良と識別された測定対象トランジスタのアドレスを、ビットマップ記憶メモリ24Aに記憶させる。   In the threshold Vth determination mode (high-speed sense mode), the defective transistor identification unit 24 identifies a transistor having a threshold Vth outside the 5σ distribution range based on the “H” / “L” determination signal output from the sense amplifier. Process. The defective transistor identification unit 24 stores the address of the measurement target transistor identified as defective in the bitmap storage memory 24A.

トランジスタ特性測定部25は、不良トランジスタ識別部24により閾値Vthが5σを超えると判定された不良トランジスタ(ビットマップ記憶メモリ24Aにアドレスが記憶されたトランジスタ)について、これらの不良トランジスタを選択し、正確な閾値Vthや、Vg−Id特性等のトランジスタ特性を測定する処理を行う。   The transistor characteristic measurement unit 25 selects these defective transistors for the defective transistors (those whose addresses are stored in the bit map storage memory 24A) determined by the defective transistor identification unit 24 to have a threshold value Vth exceeding 5σ. A process for measuring transistor characteristics such as a threshold value Vth and a Vg-Id characteristic is performed.

アドレス選択部26は、半導体集積回路1内の評価セルアレイ11中のトランジスタのアドレス選択を、カラムデコーダ(CDEC)28及びロウデコーダ(RDEC)29を通して、ランダム又はシリアルに行う。このアドレス選択部26では、閾値Vth判定モード(高速センスモード)では、アドレスをシリアルモードにより連続したアドレスの更新によりトランジスタを選択する。また、Vth測定モード(トランジスタ特性測定モード)では、不良トランジスタ(閾値Vthが5σを超えるトランジスタ)のアドレスをランダムモードにより選択する。   The address selection unit 26 performs random or serial address selection of transistors in the evaluation cell array 11 in the semiconductor integrated circuit 1 through a column decoder (CDEC) 28 and a row decoder (RDEC) 29. In the address selection unit 26, in the threshold Vth determination mode (high-speed sense mode), a transistor is selected by updating the address continuously in the serial mode. In the Vth measurement mode (transistor characteristic measurement mode), the address of a defective transistor (transistor with a threshold Vth exceeding 5σ) is selected in the random mode.

基準信号出力部27は、半導体集積回路(DMA−TEG)1内のセンスアンプSA_A,SA_Bに対し、外部から所定の基準電流REFを入力する。オフセット差調整モード及び閾値Vth判定モードにおいて、センスアンプSA_A,SA_Bは、この基準電流REFと、測定対象トランジスタの出力電流(電流IN)とを比較する。なお、基準信号出力部27は、センスアンプSA_A,SA_Bが図7に示す電流型センスアンプである場合は、基準電流REFを出力し、図9に示す電圧型センスアンプの場合は、基準電圧REFを出力する。   The reference signal output unit 27 inputs a predetermined reference current REF from the outside to the sense amplifiers SA_A and SA_B in the semiconductor integrated circuit (DMA-TEG) 1. In the offset difference adjustment mode and the threshold Vth determination mode, the sense amplifiers SA_A and SA_B compare the reference current REF with the output current (current IN) of the measurement target transistor. The reference signal output unit 27 outputs a reference current REF when the sense amplifiers SA_A and SA_B are current type sense amplifiers shown in FIG. 7, and the reference voltage REF when the sense amplifiers SA_A and SA_B are voltage type sense amplifiers shown in FIG. Is output.

なお、図14に示す半導体集積回路評価装置20は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。   The semiconductor integrated circuit evaluation apparatus 20 shown in FIG. 14 has a computer system inside. A series of processes related to the above-described process is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above-described process is performed by the computer reading and executing this program.

すなわち、半導体集積回路評価装置20における、各処理は、CPU等の中央演算処理装置がRAM等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工、演算処理を実行することにより、実現されるものである。   That is, each process in the semiconductor integrated circuit evaluation device 20 is realized by a central processing unit such as a CPU reading the above program into a main storage device such as a RAM and executing information processing and arithmetic processing. Is.

ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。   Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.

また、半導体集積回路評価装置20には、周辺機器として入力装置、表示装置等(いずれも表示せず)が接続されているものとする。ここで、入力装置としては、キーボード、マウス等の入力デバイスのことをいう。表示装置とは、CRT(Cathode Ray Tube)や液晶表示装置等のことをいう。   Further, it is assumed that an input device, a display device, etc. (none of them are displayed) are connected to the semiconductor integrated circuit evaluation device 20 as peripheral devices. Here, the input device refers to an input device such as a keyboard and a mouse. The display device refers to a CRT (Cathode Ray Tube), a liquid crystal display device, or the like.

また、市販の半導体テスタにおいて、本発明の半導体集積回路評価装置20の機能を実現できるものがある場合は、この市販の半導体テスタを使用するようにしてもよい。   Further, when there is a commercially available semiconductor tester that can realize the function of the semiconductor integrated circuit evaluation apparatus 20 of the present invention, this commercially available semiconductor tester may be used.

なお、図14に示す半導体集積回路評価装置20において、前述の測定モード切替部は、測定モード切替部21に相当し、前述の入力端子条件設定部は、IN端子条件設定部22に相当し、オフセット差調整部はオフセット差調整部23に相当し、前述の不良トランジスタ識別部は不良トランジスタ識別部24に相当し、前述のトランジスタ特性測定部はトランジスタ特性測定部25に相当する。また、前述の基準信号は、基準電流REFに相当し、前述の第1の入力端子は、IN端子に相当し、第2の入力端子はREF端子に相当する。   In the semiconductor integrated circuit evaluation apparatus 20 shown in FIG. 14, the measurement mode switching unit described above corresponds to the measurement mode switching unit 21, and the input terminal condition setting unit corresponds to the IN terminal condition setting unit 22. The offset difference adjustment unit corresponds to the offset difference adjustment unit 23, the above-described defective transistor identification unit corresponds to the defective transistor identification unit 24, and the above-described transistor characteristic measurement unit corresponds to the transistor characteristic measurement unit 25. The reference signal described above corresponds to the reference current REF, the first input terminal described above corresponds to the IN terminal, and the second input terminal corresponds to the REF terminal.

上述の構成により、複数のセンスアンプSA_A,SA_Bを使用して、評価セルアレイ11,12中のトランジスタ群の閾値Vthの判定を行う場合に、各センスアンプSA_A,SA_B間のオフセット差をキャンセルして高精度で閾値Vthの判定を行うことができる。このため、大規模なDMA−TEG等の半導体集積回路においても、所定の分布範囲から外れた異常なトランジスタの特性評価を、高精度で且つ高速(短時間)に行える。   With the above-described configuration, when the threshold value Vth of the transistor group in the evaluation cell arrays 11 and 12 is determined using the plurality of sense amplifiers SA_A and SA_B, the offset difference between the sense amplifiers SA_A and SA_B is canceled. The threshold value Vth can be determined with high accuracy. For this reason, even in a large-scale semiconductor integrated circuit such as a DMA-TEG, the characteristics of an abnormal transistor outside a predetermined distribution range can be evaluated with high accuracy and at high speed (in a short time).

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の半導体集積回路、及び半導体集積回路評価装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the semiconductor integrated circuit and the semiconductor integrated circuit evaluation apparatus of the present invention are not limited to the above-described illustrated examples, and do not depart from the gist of the present invention. Of course, various changes can be made.

1…半導体集積回路、11,12…評価セルアレイ、20…半導体集積回路評価装置、21…測定モード切替部、22…IN端子条件設定部、23…オフセット差調整部、24…不良トランジスタ識別部、24A…ビットマップ記憶メモリ、25…トランジスタ特性測定部、26…アドレス選択部、27…基準信号出力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor integrated circuit 11, 12 ... Evaluation cell array, 20 ... Semiconductor integrated circuit evaluation apparatus, 21 ... Measurement mode switching part, 22 ... IN terminal condition setting part, 23 ... Offset difference adjustment part, 24 ... Defect transistor identification part, 24A ... Bitmap storage memory, 25 ... Transistor characteristic measurement unit, 26 ... Address selection unit, 27 ... Reference signal output unit

Claims (12)

測定対象となるMOS型のトランジスタをマトリックス状に配列してなる評価セルアレイと、複数のセンスアンプとを有し、前記評価セルアレイが前記複数のセンスアンプのそれぞれに対応して複数の系統のトランジスタ群に分割されると共に、前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子には、前記評価セルアレイ中の選択された測定対象トランジスタの出力信号が入力され、前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子には、前記測定対象トランジスタの出力信号と比較するための基準信号が入力されるように構成された半導体集積回路において、前記測定対象トランジスタのドレインに所定の電圧を与えた場合にドレインに所定の電流が流れるときのゲート電圧である閾値Vthの判定を行うことにより前記評価セルアレイ中の不良トランジスタの検出と特性の測定を行う半導体集積回路評価方法であって、
IN端子条件設定部が、前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子に、同一条件の入力信号を与える第1の測定ステップと、
オフセット差調整部が、前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子に前記同一条件の入力信号を与えた状態において、前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子に可変の信号を入力し、前記複数のセンスアンプそれぞれの出力の変化を検出することにより、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に応じてそれぞれ異なる基準信号を、前記複数のセンスアンプごとに測定する第2の測定ステップと、
不良トランジスタ識別部が、前記評価セルアレイ中の測定対象トランジスタに所定のゲート電圧を印加した状態で、前記複数のセンスアンプに該測定対象トランジスタの出力信号と、前記複数のセンスアンプごとにそれぞれ異なる前記基準信号とを入力し、前記複数のセンスアンプの出力により閾値Vthが所定の範囲から外れる不良トランジスタを判定する第3の測定ステップと、
トランジスタ特性測定部が、前記第3の測定ステップにより前記不良トランジスタと判定されたものに対して、トランジスタ特性を測定する第4の測定ステップと、
を含むことを特徴とする半導体集積回路評価方法。
An evaluation cell array in which MOS transistors to be measured are arranged in a matrix and a plurality of sense amplifiers, and the evaluation cell array corresponds to each of the plurality of sense amplifiers, and a plurality of transistor groups And the output signal of the selected transistor to be measured in the evaluation cell array is input to the first input terminal of each of the plurality of sense amplifiers, and the second input of each of the plurality of sense amplifiers In a semiconductor integrated circuit configured to receive a reference signal for comparison with an output signal of the measurement target transistor at a terminal, a predetermined voltage is applied to the drain when a predetermined voltage is applied to the drain of the measurement target transistor. the evaluation Seruare by judging the threshold value Vth is a gate voltage when the current flows A semiconductor integrated circuit evaluation method for measuring the detection and characterization of defects transistor in,
A first measurement step in which an IN terminal condition setting unit applies an input signal of the same condition to a first input terminal of each of the plurality of sense amplifiers;
The offset difference adjustment unit inputs a variable signal to the second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers in a state where the input signal of the same condition is applied to the first input terminal of each of the plurality of sense amplifiers. A second measurement step of measuring, for each of the plurality of sense amplifiers, a different reference signal according to an offset difference between the plurality of sense amplifiers by detecting a change in output of each of the plurality of sense amplifiers; ,
In a state where a predetermined gate voltage is applied to the measurement target transistor in the evaluation cell array, the defective transistor identification unit is different from the output signal of the measurement target transistor to each of the plurality of sense amplifiers. A third measurement step of inputting a reference signal and determining a defective transistor having a threshold value Vth outside a predetermined range based on outputs of the plurality of sense amplifiers;
A transistor characteristic measuring unit for measuring a transistor characteristic for the transistor determined as the defective transistor in the third measuring step;
A method for evaluating a semiconductor integrated circuit, comprising:
前記複数のセンスアンプは電流型センスアンプである
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路評価方法。
The semiconductor integrated circuit evaluation method according to claim 1, wherein the plurality of sense amplifiers are current-type sense amplifiers.
前記センスアンプは電圧型センスアンプである
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路評価方法。
The semiconductor integrated circuit evaluation method according to claim 1, wherein the sense amplifier is a voltage-type sense amplifier.
前記第3の測定ステップでは、前記測定対象トランジスタの閾値Vthが、閾値Vthの正規分布曲線に対して、5σ(σは標準偏差)以内の分布から外れた前記測定対象トランジスタを前記不良トランジスタと判定し、
前記第4の測定ステップでは、前記閾値Vthが5σ以内の分布から外れた前記不良トランジスタに対して、トランジスタ特性の測定が行われる、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体集積回路評価方法。
In the third measurement step, the measurement target transistor in which the threshold Vth of the measurement target transistor deviates from a distribution within 5σ (σ is a standard deviation) with respect to the normal distribution curve of the threshold Vth is determined as the defective transistor. And
In the fourth measurement step, transistor characteristics are measured for the defective transistor whose threshold Vth is out of the distribution within 5σ.
The semiconductor integrated circuit evaluation method according to claim 1, wherein:
測定対象となるトランジスタをマトリックス状に配列してなる評価セルアレイを有し、カラムデコーダ及びロウデコーダから出力される信号により前記評価セルアレイ中の測定対象トランジスタが選択されて特性が評価される半導体集積回路であって、
複数のセンスアンプを有し、前記評価セルアレイが前記複数のセンスアンプのそれぞれに対応して複数の系統のトランジスタ群に分割され、
前記複数のセンスアンプの第1の入力端子には、前記評価セルアレイ中の選択されたトランジスタの出力信号が入力され、
前記複数のセンスアンプのぞれぞれの第2の入力端子には、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に応じてそれぞれ異なる基準信号が入力される
ことを特徴とする半導体集積回路。
A semiconductor integrated circuit having an evaluation cell array in which transistors to be measured are arranged in a matrix, and whose characteristics are evaluated by selecting the transistor to be measured in the evaluation cell array based on signals output from a column decoder and a row decoder Because
A plurality of sense amplifiers, and the evaluation cell array is divided into a plurality of transistor groups corresponding to each of the plurality of sense amplifiers;
An output signal of a selected transistor in the evaluation cell array is input to first input terminals of the plurality of sense amplifiers,
A different reference signal is input to each of the second input terminals of each of the plurality of sense amplifiers according to an offset difference between the plurality of sense amplifiers.
前記複数のセンスアンプは電流型センスアンプで構成され、
前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子に入力される前記基準信号の基準電流を調整することにより、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に関わらず前記第1の入力端子に同一の入力が与えられた場合、前記複数のセンスアンプそれぞれの出力が一致する
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体集積回路。
The plurality of sense amplifiers are configured by current-type sense amplifiers,
By adjusting the reference current of the reference signal input to the second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers, the same input to the first input terminal regardless of the offset difference between the plurality of sense amplifiers. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein outputs of the plurality of sense amplifiers coincide with each other.
前記電流型センスアンプは、1対のPチャネルMOSトランジスタで構成されるカレントミラー回路を有し、前記第2の入力端子に流れる前記基準電流を前記カレントミラー回路の参照電流側に流すように構成される単純カレントミラー型のセンスアンプである
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体集積回路。
The current-type sense amplifier has a current mirror circuit composed of a pair of P-channel MOS transistors, and is configured to flow the reference current flowing through the second input terminal to the reference current side of the current mirror circuit. The semiconductor integrated circuit according to claim 6, wherein the semiconductor integrated circuit is a simple current mirror type sense amplifier.
前記電流型センスアンプは、1対のPチャネルMOSトランジスタで構成されるカレントミラー回路の2つがカスケードに接続されると共に、前記第2の入力端子に流れる前記基準電流を前記カレントミラー回路の参照電流側に流すように構成されるカスケード単純カレントミラー型のセンスアンプである
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体集積回路。
In the current type sense amplifier, two current mirror circuits each composed of a pair of P-channel MOS transistors are connected in cascade, and the reference current flowing in the second input terminal is used as a reference current of the current mirror circuit. The semiconductor integrated circuit according to claim 6, wherein the semiconductor integrated circuit is a cascade simple current mirror type sense amplifier configured to flow to the side.
前記電流型センスアンプは、
前記第1の入力端子に流れる電流を参照電流とし、第1及び第2の2つのミラー電流を供給する3個のPチャネルMOSトランジスタで構成される第1のカレントミラー回路と、
1対のNチャネルMOSトランジスタで構成されると共に、前記第1のカレントミラー回路から流れる第1のミラー電流を参照電流として駆動される第1の電流シンク回路と、
前記第2の入力端子に流れる前記基準電流を参照電流とし、第1及び第2の2つのミラー電流を供給する3個のPチャネルMOSトランジスタで構成される第2のカレントミラー回路と、
1対のNチャネルMOSトランジスタで構成されると共に前記第2のカレントミラー回路から流れる第1のミラー電流を参照電流として駆動される第2の電流シンク回路と、
を備え、
前記第1のカレントミラー回路から流れる第2のミラー電流を、前記第2の電流シンク回路のミラー電流として流すようにし、前記第2のカレントミラー回路から流れる第2のミラー電流を、前記第1の電流シンク回路のミラー電流として流す
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体集積回路。
The current type sense amplifier is:
A first current mirror circuit composed of three P-channel MOS transistors that supply a first and a second mirror current with a current flowing through the first input terminal as a reference current;
A first current sink circuit configured by a pair of N-channel MOS transistors and driven by using a first mirror current flowing from the first current mirror circuit as a reference current;
A second current mirror circuit composed of three P-channel MOS transistors that supply the first and second mirror currents using the reference current flowing through the second input terminal as a reference current;
A second current sink circuit configured by a pair of N-channel MOS transistors and driven by using a first mirror current flowing from the second current mirror circuit as a reference current;
With
The second mirror current flowing from the first current mirror circuit is caused to flow as the mirror current of the second current sink circuit, and the second mirror current flowing from the second current mirror circuit is changed to the first current mirror circuit. The semiconductor integrated circuit according to claim 6, wherein the current is passed as a mirror current of the current sink circuit.
前記複数のセンスアンプは電圧型センスアンプで構成され、
前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子に入力される前記基準信号の基準電圧を調整することにより、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に関わらず前記第1の入力端子に同一の入力が与えられた場合、前記複数のセンスアンプそれぞれの出力が一致する
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体集積回路。
The plurality of sense amplifiers are configured by voltage-type sense amplifiers,
By adjusting the reference voltage of the reference signal input to the second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers, the same input to the first input terminal regardless of the offset difference between the plurality of sense amplifiers. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein outputs of the plurality of sense amplifiers coincide with each other.
前記電圧型センスアンプは、
差動入力対を構成する1対のNチャネルMOSトランジスタと、該1対のNチャネルMOSトランジスタに負荷として接続される、1対のPチャネルMOSトランジスタで構成されるカレントミラー回路とを備える差動増幅回路である、
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体集積回路。
The voltage type sense amplifier is:
A differential comprising a pair of N-channel MOS transistors constituting a differential input pair and a current mirror circuit comprising a pair of P-channel MOS transistors connected as a load to the pair of N-channel MOS transistors Amplifying circuit,
The semiconductor integrated circuit according to claim 10.
請求項6から請求項11のいずれか1項に記載の半導体集積回路を評価するための半導体集積回路評価装置であって、
前記複数のセンスアンプの第1の入力端子に印加される信号が同一条件になるように設定する入力端子条件設定モードと、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差を調整するオフセット差調整モードと、前記複数のセンスアンプを使用して前記測定対象トランジスタのドレインに所定の電圧を与えた場合にドレインに所定の電流が流れるときのゲート電圧である閾値Vthを判定する閾値Vth判定モードと、前記閾値Vth判定モードにより不良と判定された測定対象トランジスタのトランジスタ特性を測定する閾値Vth測定モードとを切り替える測定モード切替部と、
前記入力端子条件設定モードにおいて、前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子に同一条件の信号を入力させる入力端子条件設定部と、
前記オフセット差調整モードにおいて、前記入力端子条件設定部により前記複数のセンスアンプそれぞれの第1の入力端子に同一条件の信号を入力させた状態で、前記複数のセンスアンプそれぞれの第2の入力端子に可変の信号を入力し、該センスアンプの出力の変化を検出することにより、前記複数のセンスアンプ間のオフセット差に応じた基準信号を、前記複数のセンスアンプごとに測定するオフセット差調整部と、
前記閾値Vth判定モードにおいて、前記評価セルアレイ中の測定対象トランジスタを順次に選択し、該選択した測定対象トランジスタに所定のゲート電圧を印加して、前記複数のセンスアンプからの出力信号を基に不良トランジスタを識別し、該識別した不良トランジスタのアドレスを記憶部に記憶する不良トランジスタ識別部と、
前記閾値Vth測定モードにおいて、前記不良トランジスタ識別部により不良と判定された測定対象トランジスタを選択すると共に、該選択した測定対象トランジスタのゲートに所望のゲート電圧を印加して、トランジスタ特性を測定するトランジスタ特性測定部と、
を備えることを特徴とする半導体集積回路評価装置。
A semiconductor integrated circuit evaluation apparatus for evaluating a semiconductor integrated circuit according to any one of claims 6 to 11,
An input terminal condition setting mode for setting signals applied to first input terminals of the plurality of sense amplifiers to have the same condition; an offset difference adjustment mode for adjusting an offset difference between the plurality of sense amplifiers; A threshold Vth determination mode for determining a threshold Vth which is a gate voltage when a predetermined current flows through the drain when a predetermined voltage is applied to the drain of the transistor under measurement using the plurality of sense amplifiers; A measurement mode switching unit for switching between a threshold Vth measurement mode for measuring the transistor characteristics of the measurement target transistor determined to be defective in the Vth determination mode;
In the input terminal condition setting mode, an input terminal condition setting unit that inputs a signal of the same condition to each of the first input terminals of the plurality of sense amplifiers;
In the offset difference adjustment mode, a second input terminal of each of the plurality of sense amplifiers in a state where a signal of the same condition is input to a first input terminal of each of the plurality of sense amplifiers by the input terminal condition setting unit. An offset difference adjustment unit that measures a reference signal corresponding to the offset difference between the plurality of sense amplifiers for each of the plurality of sense amplifiers by inputting a variable signal to the output signal and detecting a change in the output of the sense amplifier. When,
In the threshold Vth determination mode, the measurement target transistors in the evaluation cell array are sequentially selected, a predetermined gate voltage is applied to the selected measurement target transistors, and defective based on output signals from the plurality of sense amplifiers. A defective transistor identifying unit for identifying a transistor and storing an address of the identified defective transistor in a storage unit;
In the threshold Vth measurement mode, a transistor that measures a transistor characteristic by selecting a measurement target transistor determined to be defective by the defective transistor identification unit and applying a desired gate voltage to the gate of the selected measurement target transistor A characteristic measurement unit;
A semiconductor integrated circuit evaluation apparatus comprising:
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