[发明专利]被测试装置电路、集成电路以及半导体晶圆工艺监视电路

说明书

技术领域

本发明涉及提供改良的数字工艺监视电路及方法以用于半导体电路的 电路及方法。指示在晶圆(wafer)形式或晶片(die)形式的完整的半导体基础 的电路的工艺性能的数据，例如关于温度灵敏度的读数，典型地是以测试器 或探针量测仪收集。本发明以高效率的测试方法提供有效地提供数字输出的 改良工艺监视电路及方法，数字输出指示制造装置、半导体晶圆、半导体晶 片或集成电路的特性。

背景技术

高整合半导体电路已经越显重要，特别是在于生产用电池操作的装置， 例如手机、移动电脑如膝上型电脑、笔记本电脑以及数字助理(PDAs)、无线 电子邮件终端、MP3影音播放器、移动无线网络浏览器及其类似产品，并且 这些精密的集成电路逐渐地包含板上数据储存器。

众所皆知，半导体基板的制造期间所发生的工艺变异会依不同晶圆上的 装置，或在同样晶圆的不同部分上的装置造成不同的特性。对于半导体基板 制作的零件的认证特别重要的是关于温度灵敏度或温度相关性质的特性。所 谓的“工艺边界分析”(process corner analysis)可能通过决定测试装备所监控的 某些工艺相关的特性对晶圆或晶片列定等级，并且该结果指示装置是否对温 度变异等是快速反应、缓慢反应以及大约反应的。

举例来说，晶圆上的晶体管临界电压是重要的温度相关的特性。其他测 量常被考虑的是在饱和状态流经MOS装置的电流，典型地称为I_DSAT。这些 电流可能也随着工艺变异而变动，所以为了决定半导体基板上制造的特定装 置是否达到根据这些参数所建立的品质标准，通常对晶圆，独立晶片或封装 的集成电路实施测试以观察这些特性。

半导体装置上的温度是另一重要度量单位。当测量温度相关的特性，半 导体装置上的绝对温度是重要的。在现有技术中，举例来说，使用正比绝对 温度电路元件的热感测器可能设于集成电路上或半导体晶圆上的切割道 (scribe line)内。众所皆知的是对结果电流/电压实施模拟数字转换，以及输出 已知对应于模拟温度值的数字信号。然而，提升测量完整装置的工艺相关特 性的容易性与速度，以及在数字领域实施这些测量以提升宝贵的测试时间的 有效利用，以此改善生产量，这样的需求持续存在。重要的测量工艺相关性 能特性的快速且简易存取的读出而不用复杂的测试装备以使能晶圆或独立 集成电路或晶片的工艺边界决定是有需要的。

因此，既可靠又容易利用关联半导体工艺变异的各种装置特性的输出， 并且不用延伸的测试或大量晶圆或电路探测的高效率且有效的工艺监视电 路以及工艺监视方法是持续需要的。

发明内容

通过本发明的实施例，提供改善工艺电路以及用在工艺电路的数字输出 电路的运作的电路及方法，可解决与规避上述问题及其他问题，并且通常能 达成技术优点。

于一例证的实施例中，发明提供对应装置的临界电压特性Vtn输出数字 信号的工艺监控电路。于另一例证的实施例中，上述实施例还包括一比较器 电路，当电容充电与放电时比较充电电容电压与临界电压以及在周期性基础 上输出斜坡信号。于另一较佳实施例中，电压时间转换器电路还转换斜坡信 号为对应临界电压的具有频率的周期性信号。于另一较佳的实施例中，周期 性信号转换为对应临界电压的数字输出信号。

于另一较佳的实施例中，提供一种用于输出对应半导体装置的晶体管的 饱和电流的数字信号的工艺监视电路。于另一实施例中，提供饱和电流工艺 监视电路，包含一比较器电路，比较Vdd信号与饱和状态的晶体管的一电压， 以及输出正比于饱和电流的电流。于另一较佳实施例中，电流转换成电压。 于另一较佳实施例中，电压转换成数字信号而输出。

于另一较佳的实施例中，提供一种工艺监视电路，输出正比于温度相关 数量的数字信号。于另一较佳的实施例中，输出温度相关数量的工艺监视电 路还包含一比较器，比较对应输入至二极管的偏移电流的电压与对应输入至 电阻的偏移电流的电压，其中电阻是具有温度相关数值，以及输出对应温度 的电流至输出数字信号的转换器。