基于测试结构的CMOS工艺可靠性评价方法研究

发布时间：2017-09-15 01:04

  本文关键词：基于测试结构的CMOS工艺可靠性评价方法研究

  更多相关文章： CMOS工艺 可靠性 参数化单元 测试结构 图形库

【摘要】：可靠性是集成电路能否成为产品的关键,集成电路厂商在进行集成电路设计时需要重点关注各种可靠性问题。对集成电路可靠性影响最大的是集成电路的制造工艺,但是设计者通常无法获取直接的工艺可靠性参数,因此探索一种间接的集成电路工艺可靠性评价方法很有必要。在集成电路的各种评价方法中,基于测试结构的评价方法使用测试结构和测试芯片完成工艺可靠性的评估,可以在没有直接工艺参数的情况下评价工艺的可靠性水平。本文首先以集成电路的可靠性为切入点,研究了四种主要的CMOS集成电路可靠性问题,分别是热载流子注入、负偏置温度不稳定性、经时击穿和电迁移,描述了各种可靠性问题的基本物理机理,并总结了各种可靠性问题对集成电路的影响;然后,基于对这些可靠性问题的研究,结合测试结构的相关理论,提出了评价CMOS工艺可靠性的测试结构设计方案。测试结构包括三大类,分别是评价热载流子注入和负偏置温度不稳定性的MOSFET,评价经时击穿的MOS电容和评价电迁移的金属线。由于测试结构的设计需要遵循特定的设计规则,如果针对每种工艺分别设计测试结构,会导致设计效率低。为了提高测试结构的设计效率,本文根据测试结构设计方案开发了一套基于Python语言的CMOS集成电路可靠性测试结构图形库,实现了测试结构版图的自动生成。测试结构图形库中包含各种测试结构的参数化单元,可以根据用户指定的参数自动生成对应的版图。图形库的源代码可以读入不同工艺的设计规则,经过编译后自动生成满足各种工艺设计规则的测试结构图形库。测试结构图形库中还包含焊盘与连接线,大大增强了测试结构的实用性。最后,根据测试结构的测试要求,总结了各种可靠性测试的测试流程,并提出了一种基于半导体参数分析仪的自动化测试系统方案,为将来自动化测试系统的实现提供了理论基础。
【关键词】：CMOS工艺 可靠性 参数化单元 测试结构 图形库
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN406
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 背景与意义10-11
• 1.2 CMOS工艺可靠性评价技术研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 本文的主要贡献与创新13-14
• 1.4 本论文的结构安排14-15
• 第二章 CMOS工艺中的可靠性问题15-24
• 2.1 热载流子注入15-18
• 2.1.1 热载流子注入机理15-17
• 2.1.2 热载流子注入的影响17-18
• 2.2 负偏置温度不稳定性18-20
• 2.2.1 负偏置温度不稳定性机理18-19
• 2.2.2 负偏置温度不稳定性的影响19-20
• 2.3 经时击穿20-22
• 2.3.1 经时击穿机理21
• 2.3.2 经时击穿效应的影响21-22
• 2.4 电迁移22-23
• 2.4.1 电迁移机理22-23
• 2.4.2 电迁移的影响23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 CMOS工艺可靠性测试结构的自动化实现24-36
• 3.1 CMOS工艺可靠性测试结构概述24-31
• 3.1.1 MOSFET类测试结构的设计25-26
• 3.1.2 MOS电容类测试结构的设计26-27
• 3.1.3 金属线类测试结构的设计27-31
• 3.1.3.1 金属线端口连接方式27-28
• 3.1.3.2 线宽28-29
• 3.1.3.3 线长29
• 3.1.3.4 测试线与连接线的组合29-30
• 3.1.3.5 突出检测30-31
• 3.1.3.6 金属线测试结构设计方案31
• 3.2 CMOS工艺可靠性测试结构版图的自动化实现31-35
• 3.2.1 版图的自动化生成32-34
• 3.2.2 CMOS工艺可靠性测试结构图形库设计要求34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 CMOS工艺可靠性测试结构图形库的设计36-66
• 4.1 参数化单元设计与应用36-37
• 4.2 基于Python语言的参数化单元库设计方法37-38
• 4.2.1 面向对象编程与Python语言37-38
• 4.2.2 OpenAccess数据库38
• 4.3 基于Python语言开发参数化单元库38-40
• 4.4 参数化单元设计流程40-44
• 4.4.1 设计规则输入41-42
• 4.4.1.1 Santana工艺文件41
• 4.4.1.2 Santana图层显示文件41-42
• 4.4.2 参数定义42-43
• 4.4.3 参数处理43
• 4.4.4 版图生成43-44
• 4.5 MOSFET基本单元的设计44-49
• 4.5.1 MOSFET基本单元参数设置45-46
• 4.5.2 版图生成46-49
• 4.6 基于MOSFET基本单元构建MOSFET器件参数化单元49-57
• 4.6.1 MOSFET参数设置50-51
• 4.6.2 版图生成51-57
• 4.6.2.1 MOSFET基本单元的叠放51-54
• 4.6.2.2 MOSFET的连线54-56
• 4.6.2.3 创建接触环56-57
• 4.7 基于MOSFET单元创建MOS电容单元57
• 4.8 电迁移测试结构参数化单元的设计57-59
• 4.8.1 电迁移测试结构的参数设置58
• 4.8.2 电迁移测试结构版图的生成58-59
• 4.9 测试结构与焊盘的连接59-61
• 4.10 测试结构模块的生成61-63
• 4.11 测试结构图形库的使用63-65
• 4.12 本章小结65-66
• 第五章 CMOS工艺可靠性自动化测试系统设计66-79
• 5.1 CMOS工艺可靠性测试系统设计66-69
• 5.1.1 测试系统构成66-69
• 5.1.1.1 半导体参数分析仪67
• 5.1.1.2 探针卡67-68
• 5.1.1.3 开关矩阵68-69
• 5.1.1.4 恒温箱与热板69
• 5.2 CMOS工艺可靠性测试流程69-73
• 5.2.1 热载流子注入测试流程69-70
• 5.2.2 负偏置温度不稳定性测试流程70-71
• 5.2.3 经时击穿测试流程71-72
• 5.2.4 电迁移测试流程72-73
• 5.3 半导体参数分析仪的自动化控制73-78
• 5.3.1 半导体参数分析仪的编程功能73-74
• 5.3.2 测试仪器自动化控制74-78
• 5.3.2.1 iC的自动控制原理74-75
• 5.3.2.2 使用iC完成自动化测试75-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 全文总结与展望79-81
• 6.1 全文总结79
• 6.2 后续工作展望79-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-88
• 攻读硕士学位期间取得的成果88-89

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张永红;毕烨;冯培昌;;标准互连线性能参数的测试结构设计与实现[J];半导体技术;2010年03期

2 张波;潘伟伟;叶翼;郑勇军;史峥;严晓浪;;基于模块化单元的测试结构阵列设计及其应用[J];浙江大学学报(工学版);2013年05期

3 杜支华;IC工艺流程检测[J];微电子技术;1998年Z1期

4 李开伟;向东;;改进的扫描森林测试结构[J];清华大学学报(自然科学版);2006年01期

5 许高斌,黄庆安,李伟华;微加工多晶硅薄膜热导率T型测试结构的设计与模拟[J];仪器仪表学报;2005年09期

6 霍建琴;冯飞;王文荣;戈肖鸿;李铁;王跃林;;微米尺度温差测试结构的研究[J];传感器与微系统;2012年11期

7 戚丽娜;许高斌;黄庆安;;范德堡多晶硅热导率的测试结构[J];固体电子学研究与进展;2005年04期

8 许川佩;王征;黄青萍;;SOC测试结构优化研究[J];半导体技术;2007年06期

9 颜学龙,潘鹏程;基于IP核的芯片级测试结构研究[J];半导体技术;2005年09期

10 邵晶波;付永庆;刘晓晓;;3D SoC测试结构优化与测试调度的博弈模型[J];小型微型计算机系统;2013年10期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 王玺;何怡刚;刘美容;苏旷宇;;基于SOC嵌入式核测试结构的研究[A];第四届中国测试学术会议论文集[C];2006年

2 颜学龙;李明太;李志娟;;基于遗传算法的SoC测试测试结构优化[A];2007'仪表，，自动化及先进集成技术大会论文集（一）[C];2007年

3 欧阳海燕;徐长明;李少青;邢座程;盛叶鹏;;基于LBIST与JTAG结合的流水线测试结构设计[A];第十六届计算机工程与工艺年会暨第二届微处理器技术论坛论文集[C];2012年

4 周敏;李少青;;CPU测试结构的设计和实现[A];第三届中国测试学术会议论文集[C];2004年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 陈利生;纳米工艺集成电路成品率专用测试结构设计方法研究[D];浙江大学;2014年

2 张波;测试芯片自动化设计与集成电路成品率提升研究[D];浙江大学;2012年

3 潘伟伟;纳米工艺集成电路可寻址测试芯片设计方法研究[D];浙江大学;2012年

4 陆思安;可复用IP核以及系统芯片SOC的测试结构研究[D];浙江大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘洋;基于测试结构的CMOS工艺可靠性评价方法研究[D];电子科技大学;2016年

2 胡雄;集成电路成品率测试结构自动实现与研究[D];浙江大学;2010年

3 高盼盼;用于纳米集成电路可制造性设计的测试结构版图生成器设计[D];合肥工业大学;2009年

4 邵康鹏;测试芯片设计的自动分配算法研究[D];浙江大学;2013年

5 李晓鹏;MEMS几何学及电学PCM参数电提取研究[D];东南大学;2006年

6 周明;32纳米器件漏电失效准确性的判别方法研究[D];复旦大学;2011年

7 王飞;基于IP核测试复用的SoC测试结构研究与设计[D];解放军信息工程大学;2008年

8 魏永成;X处理器调测试结构的设计与实现[D];国防科学技术大学;2009年

9 章胜;GHz级数字模块的测试结构设计与实现[D];国防科学技术大学;2011年

10 韦剑;SU-8胶薄膜应力梯度测量方法研究[D];南京师范大学;2014年

本文编号：853371