[发明专利]高精度集成电路器件测试设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试设备，特别是涉及一种高精度集成电路器件在片电容或等效阻抗的测试设备。

背景技术

从90nm CMOS集成电路技术节点起，随着器件特征尺寸的不断缩小，多项集成电路新技术、新材料与新工艺被不断引入到器件结构以不断提高器件与电路性能。这些新技术包括沟道应变、高迁移率沟道(Ge，III-V)异质集成等。

这些新型的纳米MOS器件结构能有效克服器件短沟道效应、寄生效应、提高导电性能等等，但是器件结构各部分的尺寸大小、材料组成均能影响最终器件性能，因此如何精确测定新技术对纳米沟道传输特性(例如有效迁移率的变化)的实际影响成为重要的课题，如此才能优选器件参数从而实现器件性能最大化，同时为电路设计提供真实有效的器件导电参数。

现有公知的测量沟道有效迁移率的方法为Split CV法，其可以通过测量MOS器件的电容来间接测量MOS器件沟道有效迁移率。测量MOS器件的电容通常采用半导体特性分析系统(例如美国吉时利仪器公司的4200-SCS)的C-V测量模块(例如4200-CVU)，带有双线SMA的无线电天线接口以及细同轴电缆接口BNC，包括多个中高频率直流源测量单元SMU，能快速而精确地测量皮法(pF)至微法(μF)级别并且漏电流不大于1pA的普通电容。具体地，施加的测试信号为频率20Hz至2MHz、电压为10mV至100mV的交流差分信号，直流电流为中频下的100mA或高频下的300mA，1MHz信号下典型的电容精确度为1％，直流电流敏感度为10nA/V，该仪器可采用4个SMU偏置端子。

但是，亚90纳米器件结构的沟道电容测试要求不同。对于常规的MOS而言，栅介质的有效栅氧厚度EOT大于1.4nm，泄漏电流小于0.1pA，待测的最小栅电容以及沟道电容大于1pF。但是对于新型纳米器件MOS结构而言，EOT通常小于1.4nm，泄漏电流大于0.1pA，待测的最小栅电容以及沟道电容数值小于1pF。因此，超薄栅介质(EOT＜1.4nm)的严重漏电(Leakage＞0.1pA)影响等效阻抗的测试精度。

此外，由于超小沟道电容的直接测试困难，通常需要特殊器件测试结构，测量微小电容的三种方法例如为电荷注入法、交流激励法以及带平衡电容的交流激励法，均需要在晶片上制作数百串并联的晶体管(也即测量回路杂散电容或分布电容)从而增大测试的等效电容然后通过反馈阻抗、前置运算放大器、乘法器等等的测试电路计算得出实际要测量的MOS电容，但这将影响芯片的有效面积，此外，这些测试电路中的寄生阻抗以及激励信号源的波动也会严重影响测试的精确度。

总而言之，现有的测量MOS器件微小电容的方法和设备对于小尺寸尤其是纳米器件已经不适用，测试精度低下且测试结构复杂、占用面积大。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种高精度集成电路器件在片电容测试设备。

本发明提供了一种高精度集成电路器件测试设备，包括倍频器、高频信号源、电桥自动平衡模块、混频器和电压矢量检测模块，倍频器将基频信号倍增至高频，高频信号源将测试信号输送至待测器件，输出的测试结果信号先经过电桥自动平衡模块输送至末端混频器以降低至基频，然后通过电压矢量检测模块输出最终的测试结果，其特征在于：同一电路内高频信号源通过倍频器产生两种不同频率的高频测试信号用于半导体器件的高频与射频双模式的等效阻抗检测。

其中，所述测试信号为射频信号以及超高频信号。

其中，所述射频信号频率大于1GHz，所述超高频信号频率为2至200MHz。

其中，采用多级倍频器将基频倍增到测试信号所需的频率。其中，所述基频频率为32.768KHz、100KHz、200KHz、455KHz、600KHz、1MHz。

其中，所述高频信号源包括外接射频源。其中，外接射频源经由倍频器连接至信号源端的混频器，从而产生射频信号。

其中，所述电桥自动平衡模块包括电阻、平衡器、放大器和电压计，用于将待测器件输出的信号输送至混频器。

其中，所述电压矢量检测模块包括电压计、相位探测器、调制器、模数转换器。