專利名稱：估計(jì)金屬互連的電阻和電容的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子器件，且更具體地說，涉及用于估計(jì)電子電路中的金屬互 連的電阻和電容的技術(shù)。
背景技術(shù)：
電子電路通常具有許多電路塊，所述電路塊中的每一者可用各種電路元件(例 如，晶體管、電阻器、電容器、電感器等)來實(shí)施。電路塊可經(jīng)由金屬互連而耦合，所述金屬 互連可傳導(dǎo)在這些電路塊之間交換的信號(hào)。理想的是，金屬互連應(yīng)具有零電阻和零電容，且 應(yīng)最小程度地影響信號(hào)的傳播。然而，實(shí)際上，金屬互連并不理想且具有寄生電阻和電容， 其可能影響信號(hào)傳播以及由這些金屬互連耦合的電路塊的操作?？赡芟Ｍ軌驕?zhǔn)確地估計(jì)金屬互連的電阻和電容以便說明其效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本文中描述用于估計(jì)互連的電阻和電容的技術(shù)?；ミB是兩個(gè)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)之間的電連 接。可用經(jīng)蝕刻的金屬線或跡線、或者某一其它類型的導(dǎo)電材料的線來形成互連。在一種設(shè)計(jì)中，設(shè)備(例如，集成電路)可包括一第一互連、第一組焊盤和一測(cè)試 電路。所述第一組焊盤可耦合到所述第一互連，并用于施加第一電流穿過所述第一互連且 同時(shí)測(cè)量所述第一互連上的第一電壓。所述第一電流和所述第一電壓可用以估計(jì)所述第一 互連的電阻。所述測(cè)試電路可對(duì)所述第一互連進(jìn)行充電和放電以估計(jì)所述第一互連的電 容。所述設(shè)備可進(jìn)一步包括位于所述第一組焊盤與所述第一互連之間的第一組隔離電路。 所述第一組隔離電路可包含熔絲或通門(pass gate)且可用以在所述測(cè)試電路對(duì)所述第一 互連進(jìn)行充電和放電時(shí)將所述第一組焊盤與所述第一互連隔離。所述設(shè)備可進(jìn)一步包括第二互連和耦合到所述第二互連的第二組焊盤。所述第二 組焊盤可用于施加第二電流穿過所述第二互連且同時(shí)測(cè)量所述第二互連上的第二電壓。所 述第二電流和所述第二電壓可用以估計(jì)所述第二互連的電阻。所述測(cè)試電路可對(duì)所述第一 互連和所述第二互連進(jìn)行充電和放電以估計(jì)所述第一互連與所述第二互連之間的電容失 配。第二組隔離電路可位于所述第二組焊盤與所述第二互連之間。所述第二組隔離電路可 用以在所述測(cè)試電路對(duì)所述第二互連進(jìn)行充電和放電時(shí)將所述第二組焊盤與所述第二互 連隔離。下文進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的各個(gè)方面和特征。


圖1展示時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)。圖2展示所述時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘偏斜的時(shí)序圖。圖3展示用于估計(jì)小電容的測(cè)試配置。圖4展示用于測(cè)試電路的控制信號(hào)的時(shí)序圖。
圖5展示用于估計(jì)電阻與電容兩者的測(cè)試配置。圖6展示平均電流對(duì)頻率的曲線圖。圖7展示用于估計(jì)兩個(gè)金屬互連之間的電阻失配與電容失配兩者的測(cè)試配置。圖8展示具有抗時(shí)鐘偏斜電路的時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)。圖9展示RC估計(jì)器電路和控制電路。圖10展示用于估計(jì)電阻和電容的過程。
具體實(shí)施例方式金屬互連是集成電路(IC)裸片或印刷電路板(PCB)中用以連接電路塊的線或跡 線。金屬互連可用任何類型的金屬或?qū)щ姴牧蟻碇圃烨铱删哂腥魏纬叽绾托螤?。電路塊可 包括任何數(shù)目的電路元件。舉例來說，在數(shù)字電路中，電路塊可為反相器、緩沖器、邏輯門、 鎖存器、觸發(fā)器等。金屬互連固有地具有寄生電阻和電容，其可能影響經(jīng)由所述金屬互連發(fā)送的電信 號(hào)的時(shí)序和波形。金屬互連的特性可能因此而影響由所述金屬互連耦合的電路塊的操作。圖1展示具有金屬互連的時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)100的框圖。時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)100包括緩沖 器110、114和124，且可制造在IC裸片上。金屬互連112將緩沖器110的輸出(點(diǎn)X)耦 合到緩沖器114的輸入(點(diǎn)Y)。類似地，金屬互連122將緩沖器110的輸出耦合到緩沖器 124的輸入(點(diǎn)Z)。緩沖器110接收輸入時(shí)鐘信號(hào)CLKIN，且分別經(jīng)由金屬互連112和122 來驅(qū)動(dòng)緩沖器114和124。緩沖器114接收其輸入時(shí)鐘信號(hào)CLKY，并提供用于數(shù)字電路116 的輸出時(shí)鐘信號(hào)。類似地，緩沖器124接收其輸入時(shí)鐘信號(hào)CLKZ，并提供用于數(shù)字電路126 的輸出時(shí)鐘信號(hào)?？赡芟Ｍ笴LKY信號(hào)與CLKZ信號(hào)按時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。金屬互連112可被設(shè)計(jì)成與金屬 互連122相同，且可具有相同的尺寸(例如，長(zhǎng)度、寬度和/或高度)以及相同的形狀(例 如，彼此的鏡像)。然而，IC制造過程中的隨機(jī)變化可能致使金屬互連112與122在某一方 面不同。所述差異可接著在點(diǎn)Y和點(diǎn)Z處的時(shí)鐘信號(hào)中引起偏斜。圖2展示說明圖1中的時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)100中的時(shí)鐘偏斜的時(shí)序圖。緩沖器110的 輸出處的CLKX信號(hào)展示于頂部，緩沖器114的輸入處的CLKY信號(hào)展示于中間，且緩沖器 124的輸入處的CLKZ信號(hào)展示于底部。CLKX信號(hào)與CLKY信號(hào)之間的延遲由金屬互連112 的寄生效應(yīng)決定。CLKX信號(hào)與CLKZ信號(hào)之間的延遲由金屬互連122的寄生效應(yīng)決定。理 想的是，金屬互連112和122應(yīng)完全匹配，且CLKY信號(hào)與CLKZ信號(hào)應(yīng)按時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。然而，金屬互連112與122之間的因隨機(jī)工藝變化而導(dǎo)致的差異可能在CLKY信號(hào) 和CLKZ信號(hào)中引起時(shí)序偏斜。時(shí)序偏斜的量可視金屬互連112與122之間的差異的程度 而定。在任何情況下，時(shí)序偏斜均可導(dǎo)致數(shù)字電路116與數(shù)字電路126在不同的時(shí)間激活， 此可不利地影響性能?？赡芟Ｍ軌驕?zhǔn)確地估計(jì)金屬互連的寄生電阻和電容。寄生信息可用以輔助設(shè)計(jì) 電路、檢測(cè)時(shí)序偏斜、補(bǔ)償檢測(cè)到的時(shí)序偏斜、改進(jìn)IC制造工藝等。圖3展示可用以準(zhǔn)確地估計(jì)小電容的測(cè)試配置300的示意圖。測(cè)試配置300利 用基于電荷的電容測(cè)量(CBCM)，所述CBCM由D ·西爾威斯特(D. Sylvester)和C ·胡 (C. Hu)在可公開得到的標(biāo)題為“深亞微米互連的分析建模和表征(Analytical ModelingandCharacterization of Deep-Submicron Interconnect)，，(IEEE 會(huì)議i己錄，第 89 卷，第 634到664頁，2001年5月)的論文中詳細(xì)地描述。測(cè)試電路310包括P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管312a和312b以及N溝 道MOS (NMOS)晶體管314a和314b。PMOS晶體管312a和312b使其源極分別耦合到電流表 320a和320b，使其柵極接收Vl控制信號(hào)，且使其漏極分別耦合到節(jié)點(diǎn)A和B。NMOS晶體管 314a和314b使其漏極分別耦合到節(jié)點(diǎn)A和B，使其柵極接收V2控制信號(hào)，且使其源極耦合 到電路接地。測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生器340產(chǎn)生Vl和V2控制信號(hào)。電流表320a和320b進(jìn)一步經(jīng) 由單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)耦合到電源電壓VDD。金屬互連330a從節(jié)點(diǎn)A延伸到節(jié)點(diǎn)D。電容待估計(jì)的電容器332在節(jié)點(diǎn)U處耦合 到金屬互連330a。金屬互連330b從節(jié)點(diǎn)B延伸到節(jié)點(diǎn)V，且與從節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)U的金屬互 連330a匹配。因此，金屬互連330a和330b與連接電容器332的點(diǎn)相符。圖4展示用于測(cè)試電路310的Vl和V2控制信號(hào)的時(shí)序圖。兩個(gè)控制信號(hào)具有相 同頻率f，但經(jīng)產(chǎn)生以使得在任何給定時(shí)刻僅接通圖3中的PMOS晶體管312或NMOS晶體管 314。測(cè)試電路310如下操作。在從圖4中的時(shí)間T4到T5的時(shí)間間隔Tn期間，Vl和V2 控制信號(hào)均處于邏輯高，NMOS晶體管314a和314b接通，且PMOS晶體管312a和312b關(guān)斷。 金屬互連330a和330b、電容器332以及晶體管312和314的電容經(jīng)由NMOS晶體管314a和 314b完全放電。在從圖4中的時(shí)間T8到T9的時(shí)間間隔Tp期間，Vl和V2控制信號(hào)均處于 邏輯低，NMOS晶體管314a和314b關(guān)斷，且PMOS晶體管312a和312b接通。金屬互連330a 和330b、電容器332以及晶體管312和314的電容經(jīng)由PMOS晶體管312a和312b完全充電 到電源電壓VDD。在t = 1/f的每一測(cè)試周期中重復(fù)對(duì)所述電容的充電和放電。在接通NMOS晶體管314之前，PMOS晶體管312完全關(guān)斷。為實(shí)現(xiàn)此目的，V2控制 信號(hào)在圖4中的時(shí)間T3處開始轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫺?，這在Vl控制信號(hào)在時(shí)間T2處已達(dá)到邏輯高 之后發(fā)生。類似地，在接通PMOS晶體管312之前，NMOS晶體管314完全關(guān)斷。為實(shí)現(xiàn)此目 的，Vl控制信號(hào)在時(shí)間T7處開始轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫷?，這在V2控制信號(hào)在時(shí)間T6處已達(dá)到邏輯低 之后發(fā)生。Vl和V2控制信號(hào)的時(shí)序無需為精確的。V2控制信號(hào)上的低到高轉(zhuǎn)變(例如， 在時(shí)間T3處)應(yīng)在Vl控制信號(hào)已經(jīng)達(dá)到邏輯高(例如，在時(shí)間T2處)之后開始。Vl控制 信號(hào)上的高到低轉(zhuǎn)變(例如，在時(shí)間T7處)應(yīng)在V2控制信號(hào)已經(jīng)達(dá)到邏輯低(例如，在時(shí) 間T6處)之后開始?？蓪⒚恳粶y(cè)試周期中的總電荷表達(dá)為Qa = (CA+C) · Vdd = Ia · t，以及等式(1)Qb = Cb · Vdd = Ib · t，等式(2)其中Ca是與節(jié)點(diǎn)A相關(guān)聯(lián)的寄生電容，Cb是與節(jié)點(diǎn)B相關(guān)聯(lián)的寄生電容，C是電容器332的電容，Ia和Ib分別是節(jié)點(diǎn)A和B的平均充電電流，且Qa和Qb分別是節(jié)點(diǎn)A禾Π B的總電荷。可分別用電流表320a和320b來準(zhǔn)確地測(cè)量平均電流Ia和IB。電容Ca包括從節(jié) 點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)U的金屬互連330a的電容以及晶體管312a和314b的寄生電容。電容Cb包括金屬互連330b的電容以及晶體管312b和314b的寄生電容。電容Cb應(yīng)等于電容Ca，因?yàn)?金屬互連330a和330b是匹配的，且晶體管也是匹配的。可組合等式(1)與等式⑵，如下
等式⑶等式(3)指示可基于平均電流Ia與Ib之間的差、電源電壓Vdd以及頻率f來估計(jì) 電容C?？蓽y(cè)量平均電流Ia和IB。電源電壓Vdd和頻率f是已知的或可確定。測(cè)試配置300可準(zhǔn)確地估計(jì)電容器332的電容，所述電容可為非常小的電容(例 如，小于1毫微微法拉(fF))。電容估計(jì)的準(zhǔn)確性取決于平均電流Ia與Ib的測(cè)量的準(zhǔn)確性、 金屬互連330a與330b的匹配，以及PMOS晶體管312與NMOS晶體管314的匹配。可能希望準(zhǔn)確地估計(jì)金屬互連的電阻和電容兩者。電阻和電容信息可用以更好地 或更完整地表征金屬互連。測(cè)試配置300可準(zhǔn)確地估計(jì)電容，但并不非常適合用于估計(jì)電 阻。圖5展示可用以準(zhǔn)確地估計(jì)電阻和電容兩者的測(cè)試配置500的示意圖。測(cè)試電 路510包括PMOS晶體管512和NMOS晶體管514。PMOS晶體管512使其源極耦合到電流表 520，使其柵極接收Vl控制信號(hào)，且使其漏極耦合到節(jié)點(diǎn)A。NMOS晶體管514使其漏極耦合 到節(jié)點(diǎn)A，使其柵極接收V2控制信號(hào)，且使其源極耦合到電路接地。測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生器540產(chǎn) 生可如圖4中所示的Vl和V2控制信號(hào)。電流表520進(jìn)一步耦合到電源電壓VDD。電阻和電容待估計(jì)的金屬互連530在節(jié)點(diǎn)P與節(jié)點(diǎn)Q之間延伸。一般來說，金屬 互連530可具有任何形狀、長(zhǎng)度、尺寸、結(jié)構(gòu)(例如，布局式樣或?qū)?以及其它屬性(例如， 到最靠近的線的距離)，所有所述屬性均可影響金屬互連530的電阻和電容特性。在圖5中 所示的實(shí)例中，金屬互連530具有之字形形狀。節(jié)點(diǎn)A經(jīng)由金屬線532耦合到節(jié)點(diǎn)P，所述 金屬線532可被視為金屬互連530的一部分。測(cè)試焊盤550和554分別經(jīng)由隔離(Iso)電路560和564耦合到節(jié)點(diǎn)P。測(cè)試焊 盤552和556分別經(jīng)由隔離電路562和566耦合到節(jié)點(diǎn)Q。每一隔離電路可為熔絲或通門。 熔絲是可提供電連接或可被燒斷以提供電絕緣的結(jié)構(gòu)。一旦熔絲被燒斷，所述效應(yīng)便是永 久性的。通門可為晶體管或某一其它類型的開關(guān)。通門可閉合以提供電連接，或通門可斷 開以提供電絕緣。不同于熔絲，通門可經(jīng)由控制信號(hào)來閉合或斷開。可經(jīng)由開爾文(Kelvin)型四點(diǎn)測(cè)量來準(zhǔn)確地估計(jì)金屬互連530的電阻。為了估 計(jì)電阻，將電流源570應(yīng)用于測(cè)試焊盤554和556，且電流源570提供電流L穿過這些測(cè)試 焊盤和金屬互連530。將電壓表572應(yīng)用于測(cè)試焊盤550和552，且電壓表572測(cè)量金屬互 連530上的電壓\。由于電壓表572使用小量電流來測(cè)量電壓，因此來自電流源570的電 流込相對(duì)于被電壓表572虹吸的電流應(yīng)較大，以便減少電壓表572對(duì)電阻估計(jì)的準(zhǔn)確性的 影響。可將電壓表572應(yīng)用于最靠近節(jié)點(diǎn)P和Q的測(cè)試焊盤，以改進(jìn)金屬互連530上的電 壓測(cè)量的準(zhǔn)確性?？扇缦鹿烙?jì)金屬互連530的電阻& Rl
等式(4)
可準(zhǔn)確地為電流源570設(shè)置電流Iy且可由電壓表572來準(zhǔn)確地測(cè)量電壓\。接著可基于電壓\和電流l·的準(zhǔn)確值來準(zhǔn)確地估計(jì)金屬互連530的電阻&。將測(cè)試焊盤550到556用于四點(diǎn)測(cè)量以準(zhǔn)確地估計(jì)金屬互連530的電阻。這些測(cè) 試焊盤的寄生電容與金屬互連530的待估計(jì)電容相比可能較大。因此可能希望在進(jìn)行測(cè)量 以估計(jì)金屬互連530的電容時(shí)隔離所述測(cè)試焊盤并去除其寄生電容。這可通過使用隔離電 路560到566隔離測(cè)試焊盤來實(shí)現(xiàn)。為了估計(jì)金屬互連530的電容，可首先隔離四個(gè)測(cè)試焊盤550到556(例如，通過 針對(duì)四個(gè)相關(guān)聯(lián)的隔離電路560到566燒斷熔絲或斷開通門)。信號(hào)產(chǎn)生器540接著可產(chǎn) 生Vl和V2控制信號(hào)(例如，如圖4中所示)。電流表520可測(cè)量用以經(jīng)由PMOS晶體管512 將金屬互連530的電容Q以及與節(jié)點(diǎn)A相關(guān)聯(lián)的寄生電容Cp完全充電到電源電壓Vdd的平 均電流I?？蓪⑵骄娏鱅表達(dá)為
等式(5)指示平均電流I取決于正被充電的電容Q和Cp以及電源電壓Vdd和頻率 f?？舍槍?duì)不同的電源電壓和/或不同的頻率來進(jìn)行平均電流的測(cè)量，以改進(jìn)準(zhǔn)確性。圖6展示圖5中的測(cè)試配置500的平均電流I對(duì)頻率f的曲線圖。可在三個(gè)不同 頻率fl、f2和f3下進(jìn)行測(cè)量，以分別獲得平均電流I” I2和13。可將這些測(cè)量值標(biāo)繪在平 均電流對(duì)頻率的圖表上?？纱_定三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的最佳擬合直線610，并將其繪制在所述曲線 圖中。線610在電流I。處與垂直軸(其對(duì)應(yīng)于DC或f = 0)相交。I。是寄生漏電流，其可 包括金屬互連530的跡線上的電介質(zhì)泄漏以及節(jié)點(diǎn)A處的PMOS晶體管512與NMOS晶體管 514的結(jié)泄漏?？苫诰€610來估計(jì)金屬互連530的電容，如下 其中Ix和仁可對(duì)應(yīng)于線610上的任何點(diǎn)。金屬互連530的電容Q可比寄生電容 Cp大得多。因此可基于線610來準(zhǔn)確地估計(jì)金屬互連530的電容Cp圖6展示平均電流I對(duì)頻率f的曲線圖。可針對(duì)特定頻率獲得平均電流I對(duì)電源 電壓Vdd的類似曲線圖。可基于可用數(shù)據(jù)點(diǎn)來繪制最佳擬合直線，且將所述最佳擬合直線用 以估計(jì)金屬互連530的電容Q。圖7展示可用以準(zhǔn)確地估計(jì)兩個(gè)金屬互連中的電阻失配和電容失配兩者的測(cè)試 配置700的示意圖。測(cè)試電路710包括如上文針對(duì)圖3所描述的那樣耦合的PMOS晶體管 712a和712b以及NMOS晶體管714a和714b。測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生器740產(chǎn)生Vl和V2控制信號(hào) (例如，如圖4中所示)。電流表720a和720b分別耦合到PMOS晶體管712a和712b的源 極，且還經(jīng)由單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)耦合到電源電壓Vdd。金屬互連730a在節(jié)點(diǎn)P與節(jié)點(diǎn)Q之間延伸，其中節(jié)點(diǎn)P經(jīng)由金屬線732a耦合到 節(jié)點(diǎn)A。測(cè)試焊盤750a和754a分別經(jīng)由隔離電路760a和764a耦合到節(jié)點(diǎn)P。測(cè)試焊盤 752a和756a分別經(jīng)由隔離電路762a和766a耦合到節(jié)點(diǎn)Q。類似地，金屬互連730b在節(jié) 點(diǎn)R與節(jié)點(diǎn)S之間延伸，其中節(jié)點(diǎn)R經(jīng)由金屬線732b耦合到節(jié)點(diǎn)B。測(cè)試焊盤750b和754b 分別經(jīng)由隔離電路760b和764b耦合到節(jié)點(diǎn)R。測(cè)試焊盤752b和756b分別經(jīng)由隔離電路762b和766b耦合到節(jié)點(diǎn)S。每一隔離電路可為熔絲或通門。金屬互連730b可與金屬互連 730a匹配?？捎盟狞c(diǎn)測(cè)量來準(zhǔn)確地估計(jì)金屬互連730a的電阻。為了進(jìn)行此測(cè)量，電流源770a 可提供電流穿過測(cè)試焊盤754a和756a以及金屬互連730a，且電壓表772a可在測(cè)試焊 盤750a和752a處測(cè)量金屬互連730a上的電壓Vu。接著可基于所述電流Iu和所述電壓 乂^來估計(jì)金屬互連730a的電阻Ru，如等式(4)中所示。可以類似方式來準(zhǔn)確地估計(jì)金屬 互連730b的電阻。電流源770b可提供電流L穿過測(cè)試焊盤754b和756b以及金屬互連 730b，且電壓表772b可在測(cè)試焊盤750b和752b處測(cè)量金屬互連730b上的電壓\B。接著 可基于所述電流L和所述電壓來估計(jì)金屬互連730b的電阻R『可將電阻失配計(jì)算為 電阻與‘之間的差。為了估計(jì)金屬互連730a與730b的電容失配，可首先隔離八個(gè)測(cè)試焊盤750a到 756b (例如，通過針對(duì)八個(gè)相關(guān)聯(lián)的隔離電路760a到766b燒斷熔絲或斷開通門)。信號(hào)產(chǎn) 生器740接著可產(chǎn)生VI和V2控制信號(hào)(例如，如圖4中所示)。電流表720a可測(cè)量用以 經(jīng)由PM0S晶體管712a將金屬互連730a的電容Cu以及與節(jié)點(diǎn)A相關(guān)聯(lián)的寄生電容CPA完 全充電到電源電壓VDD的平均電流IA。電流表720b可測(cè)量用以經(jīng)由PM0S晶體管712b將金 屬互連730b的電容Q以及與節(jié)點(diǎn)B相關(guān)聯(lián)的寄生電容CPB完全充電到電源電壓VDD的平均 電流IB。可將平均電流IA與IB之間的差表達(dá)為j _j _j _(CIA + CPA-CLB-CPB)-VDD _等式(7)
1net ~ 1A 1B ~廣^LB) vDD J。等式(7)指示可基于平均電流IA與IB之間的差、電源電壓VDD和頻率f來估計(jì)電 容失配Cu-qb。可準(zhǔn)確地測(cè)量平均電流IA和IB。電源電壓VDD和頻率f是已知的或可準(zhǔn)確 地確定?？蓽?zhǔn)確地估計(jì)電容失配，因?yàn)?i)寄生電容CPB應(yīng)大致等于寄生電容CPA，因?yàn)楣?jié) 點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B處的線結(jié)構(gòu)是匹配的，且測(cè)試電路710中的晶體管也是匹配的；且/或(ii) 電容Cu和分別比寄生電容CPA和CPB大得多?？晒烙?jì)金屬互連730a的電容Cu(例如，如上文針對(duì)圖5所描述)。也可以類似方 式來估計(jì)金屬互連730b的電容Qb。電阻可取決于溫度，而電容可不取決于溫度。如果用熔絲來實(shí)施隔離電路，那么可 在燒斷熔絲以進(jìn)行電容測(cè)量之前針對(duì)不同溫度來測(cè)量每一金屬互連的電阻。圖5展示可用以估計(jì)金屬互連530的電阻和電容的實(shí)例測(cè)試配置500。圖7展示 可用以估計(jì)金屬互連730a和730b的電阻失配和電容失配的實(shí)例測(cè)試配置700。還可設(shè)計(jì) 并使用其它測(cè)試配置來估計(jì)電阻、電容和失配。舉例來說，可通過共享焊盤來減少測(cè)試焊盤 的數(shù)目。測(cè)試配置500和/或700可實(shí)施在IC裸片上，并用以表征IC制造工藝中的變化。 明確地說，可基于本文中所描述的測(cè)試配置來測(cè)量后端(其指代IC制造工藝的互連和金屬 化步驟)中的隨機(jī)工藝變化。電阻和電容測(cè)量可用以得出準(zhǔn)確的后端統(tǒng)計(jì)失配模型，可接 著在電路設(shè)計(jì)階段中使用所述模型。舉例來說，可使用準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)失配模型來改進(jìn)時(shí)鐘分 配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。通常，可獲得失配的保守估計(jì)，且可加上額外容限以獲得總失配估計(jì)。可接 著通過所述總失配估計(jì)來確定可在距離緩沖器114多遠(yuǎn)處放置緩沖器114和124的上限。如果可更準(zhǔn)確地估計(jì)所述失配，那么可使用較小的容限，且可將緩沖器114和124放置成離 緩沖器114較遠(yuǎn)。還可使用對(duì)電阻和電容的準(zhǔn)確估計(jì)來改進(jìn)IC制造工藝。一些參數(shù)(例如，有效電 阻率、金屬粒度和勢(shì)壘厚度變化)可僅取決于電阻。一些其它參數(shù)(例如，電介質(zhì)污染)可 僅取決于電容?？苫跍?zhǔn)確的電阻和電容估計(jì)來改進(jìn)IC制造工藝的特定部分。圖5和圖7中的電流源、電流表和電壓表可為用以進(jìn)行測(cè)量以估計(jì)金屬互連的電 阻和電容的外部測(cè)試裝備，其可制造在IC裸片或PCB上。也可用可連同所述測(cè)試配置一起 實(shí)施的電路來實(shí)施電流源、電流表和/或電壓表(或其等效功能)。圖8展示具有抗時(shí)鐘偏斜電路850的時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)800的框圖。時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò) 800包括緩沖器810、814和824、金屬互連812和822以及數(shù)字電路816和826，其如上文分 別針對(duì)圖1中的緩沖器110、114和124、金屬互連112和122以及數(shù)字電路116和126所描 述的那樣耦合。測(cè)試焊盤830和831分別經(jīng)由隔離電路840和841耦合到抗時(shí)鐘偏斜電路850的 節(jié)點(diǎn)A。測(cè)試焊盤832和833分別經(jīng)由隔離電路842和843耦合到緩沖器814的輸入處的 節(jié)點(diǎn)Y。測(cè)試焊盤834和835分別經(jīng)由隔離電路844和845耦合到抗時(shí)鐘偏斜電路850的 節(jié)點(diǎn)B。測(cè)試焊盤836和837分別經(jīng)由隔離電路846和847耦合到緩沖器824的輸入處的 節(jié)點(diǎn)Z。每一隔離電路可為熔絲或通門。測(cè)試焊盤830到833可用以經(jīng)由四點(diǎn)測(cè)量來估計(jì)金屬互連812的電阻，如上文針 對(duì)圖5所描述。類似地，測(cè)試焊盤834到837可用以經(jīng)由四點(diǎn)測(cè)量來估計(jì)金屬互連822的 電阻?？蓪?duì)金屬互連812和822的電阻估計(jì)和/或電阻失配估計(jì)提供給抗時(shí)鐘偏斜電路 850。隔離電路840到847可將測(cè)試焊盤830到837耦合到金屬互連812和822以進(jìn)行電 阻測(cè)量，且可使所述焊盤與金屬互連隔離以進(jìn)行電容測(cè)量。抗時(shí)鐘偏斜電路850可動(dòng)態(tài)地估計(jì)金屬互連812與822之間的因隨機(jī)工藝變化而 導(dǎo)致的失配，且可補(bǔ)償因所述失配而導(dǎo)致的時(shí)鐘偏斜。在圖8所示的設(shè)計(jì)中，抗時(shí)鐘偏斜電 路850包括電阻和電容(RC)估計(jì)器電路860以及失配補(bǔ)償控制電路870。估計(jì)器電路860 可估計(jì)金屬互連812的電阻和/或電容、金屬互連822的電阻和/或電容、金屬互連812與 822之間的電阻失配、金屬互連812與822之間的電容失配等。估計(jì)器電路860可將電阻和 /或電容信息提供給控制電路870?？刂齐娐?70可調(diào)整緩沖器814和/或緩沖器824的 操作，使得點(diǎn)Y處的CLKY信號(hào)與點(diǎn)Z處的CLKZ信號(hào)按時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。圖9展示圖8中的抗時(shí)鐘偏斜電路850內(nèi)的RC估計(jì)器電路860和控制電路870 的設(shè)計(jì)的示意圖。在此設(shè)計(jì)中，RC估計(jì)器電路860包括測(cè)試電路910、電流源920a和920b 以及控制單元930，其分別以與圖7中的測(cè)試電路710、電流表720a和720b以及測(cè)試信號(hào) 產(chǎn)生器740類似的方式耦合。測(cè)試電路910包括如上文針對(duì)圖7所描述的那樣耦合的PM0S晶體管912a和912b 以及NM0S晶體管914a和914b。測(cè)試電路910進(jìn)一步包括耦合在節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)C之間的開 關(guān)916a以及耦合在節(jié)點(diǎn)B與節(jié)點(diǎn)C之間的開關(guān)916b。開關(guān)916a和916b可在對(duì)電阻或電 容進(jìn)行測(cè)量時(shí)斷開，且可在正常操作期間閉合。開關(guān)916a和916b可被設(shè)計(jì)成在正常操作 期間具有較小損耗?？刂茊卧?30可基于參考時(shí)鐘信號(hào)(圖9中未展示)而產(chǎn)生VI和V2控制信號(hào)(例如，如圖4中所示)?？刂茊卧?30還可從電流源920a和920b接收電流，并提供關(guān)于 金屬互連812和822的電容或電容失配的信息。如果電源電壓VDD和頻率f 是已知的，那么 來自電流源920a和920b的平均電流之間的差與電容失配成比例。在圖9中所示的設(shè)計(jì)中，控制電路870包括查找表970和控制信號(hào)產(chǎn)生器980。查 找表970可接收來自控制單元930的電容信息，以及電阻信息，其可在操作開始時(shí)確定或在 操作期間動(dòng)態(tài)地確定。查找表970可基于電阻和電容信息而提供控制信息。產(chǎn)生器980可 產(chǎn)生用于緩沖器814和/或824的適當(dāng)控制信號(hào)，以使CLKY信號(hào)與CLKZ信號(hào)按時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。 舉例來說，如果金屬互連812具有高于金屬互連822的電阻和/或電容的電阻和/或電容， 那么用于緩沖器814的控制信號(hào)可增加緩沖強(qiáng)度，且反之亦然。對(duì)緩沖器814或824進(jìn)行 調(diào)整的量可取決于金屬互連812和822之間的失配的量。圖8和圖9展示本文中所描述的用于時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)的實(shí)例應(yīng)用。所述技術(shù) 還可用以估計(jì)用于其它應(yīng)用的金屬互連的電容、電阻和/或失配。圖10展示用于估計(jì)電阻和電容的過程1000的設(shè)計(jì)。可通過經(jīng)由第一焊盤和第二 焊盤施加第一電流穿過第一互連且同時(shí)經(jīng)由第三焊盤和第四焊盤測(cè)量所述第一互連上的 第一電壓，來估計(jì)所述第一互連的電阻(框1012)?？赏ㄟ^在所述第一到第四焊盤與所述 第一互連隔離的情況下對(duì)所述第一互連進(jìn)行充電和放電，來估計(jì)所述第一互連的電容(框 1014)?？赏ㄟ^經(jīng)由第五焊盤和第六焊盤施加第二電流穿過第二互連且同時(shí)經(jīng)由第七焊 盤和第八焊盤測(cè)量所述第二互連上的第二電壓，來估計(jì)所述第二互連的電阻(框1016)?？?通過在所述第五到第八焊盤與所述第二互連隔離的情況下對(duì)所述第二互連進(jìn)行充電和放 電，來估計(jì)所述第二互連的電容(框1018)?？苫诘谝豢刂菩盘?hào)分別用第一晶體管和第二 晶體管對(duì)第一互連和第二互連進(jìn)行充電，且可基于第二控制信號(hào)分別用第三晶體管和第四 晶體管對(duì)第一互連和第二互連進(jìn)行放電。另外或代替地，可通過在所述第一到第四焊盤與所述第一互連隔離且所述第五到 第八焊盤與所述第二互連隔離的情況下對(duì)所述第一互連和所述第二互連進(jìn)行充電和放電， 來估計(jì)所述第一互連與所述第二互連之間的電容失配(框1020)。對(duì)于框1020，可確定分 別用于對(duì)第一互連和第二互連進(jìn)行充電的第一平均電流與第二平均電流之間的差。還可確 定對(duì)第一互連和第二互連進(jìn)行充電和放電所處的頻率。接著可基于所述第一平均電流與所 述第二平均電流之間的差以及所述頻率來估計(jì)所述第一互連與所述第二互連之間的電容 失配(例如，如等式(7)中所示)?？蓪⒈疚闹兴枋龅臏y(cè)試配置實(shí)施在IC、射頻IC(RFIC)、混合信號(hào)IC、專用集成 電路(ASIC)、PCB、電子裝置等上。還可用例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0S)、NM0S、PM0S、 雙極型結(jié)晶體管(BJT)、雙極型CMOS(BiCMOS)、硅鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)等各種IC工藝 技術(shù)來制造測(cè)試配置。實(shí)施本文中所描述的測(cè)試配置的設(shè)備可為獨(dú)立裝置，或可為較大裝置的一部分。 裝置可為(i)單獨(dú)ic;(ii) 一組一個(gè)或一個(gè)以上IC，其可包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和/或指令的 存儲(chǔ)器1(;出1)1^1(，例如1^接收器(RFR)或RF發(fā)射器/接收器(RTR) ； (iv)ASIC，例如 移動(dòng)臺(tái)調(diào)制解調(diào)器(MSM) ； (v)可嵌入其它裝置內(nèi)的模塊；(vi)接收器、蜂巢式電話、無線裝 置、手持機(jī)或移動(dòng)單元；(vii)其它。
提供本發(fā)明的先前描述是為了使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。對(duì) 本發(fā)明的各種修改對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，且在不脫離本發(fā)明的范 圍的情況下，本文中所定義的一般原理可適用于其它變化。因此，本發(fā)明無意限于本文中所 描述的實(shí)例和設(shè)計(jì)，而是將被賦予與本文中所揭示的原理和新穎特征一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
一種設(shè)備，其包含第一互連；第一組焊盤，其耦合到所述第一互連，并用于施加第一電流穿過所述第一互連且同時(shí)測(cè)量所述第一互連上的第一電壓，所述第一電流和所述第一電壓用以估計(jì)所述第一互連的電阻；以及測(cè)試電路，其經(jīng)配置以對(duì)所述第一互連進(jìn)行充電和放電，以估計(jì)所述第一互連的電容或估計(jì)所述第一互連的電容失配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一組焊盤包含第一焊盤，其耦合到所述第一互連的第一端，第二焊盤，其耦合到所述第一互連的第二端，所述第一和第二焊盤用以測(cè)量所述第一 互連上的所述第一電壓，第三焊盤，其耦合到所述第一互連的所述第一端，以及第四焊盤，其耦合到所述第一互連的所述第二端，所述第三和第四焊盤用以施加所述 第一電流穿過所述第一互連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第一組隔離電路，其位于所述第一組焊盤與所述第一互連之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中當(dāng)所述測(cè)試電路對(duì)所述第一互連進(jìn)行充電和放電 以估計(jì)所述第一互連的所述電容時(shí)，所述第一組隔離電路使所述第一組焊盤與所述第一互 連隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述第一組隔離電路包含熔絲或通門。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述測(cè)試電路包含第一晶體管，其經(jīng)配置以基于第一控制信號(hào)對(duì)所述第一互連進(jìn)行充電，以及第二晶體管，其耦合到所述第一晶體管且經(jīng)配置以基于第二控制信號(hào)對(duì)所述第一互連 進(jìn)行放電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中在所述第二控制信號(hào)接通所述第二晶體管之前， 所述第一控制信號(hào)完全關(guān)斷所述第一晶體管，且其中在所述第一控制信號(hào)接通所述第一晶 體管之前，所述第二控制信號(hào)完全關(guān)斷所述第二晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述第一晶體管是P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體 (PM0S)晶體管，且所述第二晶體管是N溝道MOS(NMOS)晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第二互連；以及第二組焊盤，其耦合到所述第二互連，并用于施加第二電流穿過所述第二互連且同時(shí) 測(cè)量所述第二互連上的第二電壓，所述第二電流和所述第二電壓用以估計(jì)所述第二互連的 電阻，其中所述測(cè)試電路經(jīng)配置以對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充電和放電，以估計(jì)所述第 一互連與所述第二互連之間的電容失配。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第一組焊盤包含第一和第二焊盤，其耦合到所述第一互連的第一端，第三和第四焊盤，其耦合到所述第一互連的第二端，所述第一和第三焊盤用以施加所 述第一電流穿過所述第一互連，且所述第二和第四焊盤用以測(cè)量所述第一互連上的所述第一電壓，第五和第六焊盤，其耦合到所述第二互連的第一端，以及第七和第八焊盤，其耦合到所述第二互連的第二端，所述第五和第七焊盤用以施加所 述第二電流穿過所述第二互連，且所述第六和第八焊盤用以測(cè)量所述第二互連上的所述第二電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第一組隔離電路，其位于所述第一組焊盤與所述第一互連之間；以及第二組隔離電路，其位于所述第二組焊盤與所述第二互連之間，當(dāng)所述測(cè)試電路對(duì)所 述第一和第二互連進(jìn)行充電和放電以估計(jì)所述第一互連與所述第二互連之間的所述電容 失配時(shí)，所述第一組隔離電路使所述第一組焊盤與所述第一互連隔離，且所述第二組隔離 電路使所述第二組焊盤與所述第二互連隔離。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述測(cè)試電路包含第一和第二晶體管，其經(jīng)配置以基于第一控制信號(hào)分別對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充 電，以及第三和第四晶體管，其分別耦合到所述第一和第二晶體管且經(jīng)配置以基于第二控制信 號(hào)分別對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行放電。
13.一種集成電路，其包含第一互連；第一組焊盤，其耦合到所述第一互連，并用于施加第一電流穿過所述第一互連且同時(shí) 測(cè)量所述第一互連上的第一電壓，所述第一電流和所述第一電壓用以估計(jì)所述第一互連的 電阻；以及測(cè)試電路，其經(jīng)配置以對(duì)所述第一互連進(jìn)行充電和放電，以估計(jì)所述第一互連的電容 或估計(jì)所述第一互連的電容失配。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其進(jìn)一步包含第二互連；以及第二組焊盤，其耦合到所述第二互連，并用于施加第二電流穿過所述第二互連且同時(shí) 測(cè)量所述第二互連上的第二電壓，所述第二電流和所述第二電壓用以估計(jì)所述第二互連的 電阻，其中所述測(cè)試電路經(jīng)配置以對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充電和放電，以估計(jì)所述第 一互連與所述第二互連之間的電容失配。
15.一種方法，其包含通過經(jīng)由第一和第二焊盤施加第一電流穿過第一互連且同時(shí)經(jīng)由第三和第四焊盤測(cè) 量所述第一互連上的第一電壓，來估計(jì)所述第一互連的電阻；以及通過在所述第一到第四焊盤與所述第一互連隔離的情況下對(duì)所述第一互連進(jìn)行充電 和放電，來估計(jì)所述第一互連的電容或所述第一互連的電容失配。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述估計(jì)所述第一互連的所述電容或所述第一 互連的所述電容失配包含基于第一控制信號(hào)用第一晶體管對(duì)所述第一互連進(jìn)行充電，以及基于第二控制信號(hào)用第二晶體管對(duì)所述第一互連進(jìn)行放電。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含通過經(jīng)由第五和第六焊盤施加第二電流穿過第二互連且同時(shí)經(jīng)由第七和第八焊盤測(cè) 量所述第二互連上的第二電壓，來估計(jì)所述第二互連的電阻，且其中所述估計(jì)所述第一互連的所述電容或所述第一互連的所述電容失配包含通過在 所述第一到第四焊盤與所述第一互連隔離且所述第五到第八焊盤與所述第二互連隔離的 情況下對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充電和放電，來估計(jì)所述第一互連與所述第二互連之間 的電容失配。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述估計(jì)所述第一互連與所述第二互連之間的 所述電容失配包含確定分別用于對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充電的第一平均電流與第二平均電流之間 的差，確定對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充電和放電所處的頻率，以及 基于所述第一平均電流與所述第二平均電流之間的所述差以及所述頻率來估計(jì)所述 第一互連與所述第二互連之間的所述電容失配。
19.一種設(shè)備，其包含用于通過經(jīng)由第一和第二焊盤施加第一電流穿過第一互連且同時(shí)經(jīng)由第三和第四焊 盤測(cè)量所述第一互連上的第一電壓來估計(jì)所述第一互連的電阻的裝置；以及用于通過在所述第一到第四焊盤與所述第一互連隔離的情況下對(duì)所述第一互連進(jìn)行 充電和放電來估計(jì)所述第一互連的電容或所述第一互連的電容失配的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于通過經(jīng)由第五和第六焊盤施加第二電流穿過第二互連且同時(shí)經(jīng)由第七和第八焊 盤測(cè)量所述第二互連上的第二電壓來估計(jì)所述第二互連的電阻的裝置；且其中所述用于估計(jì)所述第一互連的所述電容或所述第一互連的所述電容失配的裝置包含用于通過在所述第一到第四焊盤與所述第一互連隔離且所述第五到第八焊盤與所述 第二互連隔離的情況下對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充電和放電來估計(jì)所述第一互連與所 述第二互連之間的電容失配的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述用于估計(jì)所述第一互連與所述第二互連之 間的所述電容失配的裝置包含用于確定分別用于對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充電的第一平均電流與第二平均電流 之間的差的裝置，用于確定對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充電和放電所處的頻率的裝置，以及 用于基于所述第一平均電流與所述第二平均電流之間的所述差以及所述頻率來估計(jì) 所述第一互連與所述第二互連之間的所述電容失配的裝置。
22.—種設(shè)備，其包含第一電路，其用于估計(jì)第一互連與第二互連之間的電容失配；以及 第二電路，其用于基于所述第一互連與所述第二互連之間的所述所估計(jì)的電容失配而 產(chǎn)生至少一個(gè)控制信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述第一電路 基于第一控制信號(hào)對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行充電，基于第二控制信號(hào)對(duì)所述第一和第二互連進(jìn)行放電，且基于用以對(duì)所述第一互連進(jìn)行充電的第一平均電流和用以對(duì)所述第二互連進(jìn)行充電 的第二平均電流來估計(jì)所述第一互連與所述第二互連之間的所述電容失配。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述第二電路進(jìn)一步基于所述第一互連與所述 第二互連之間的所估計(jì)的電阻失配而產(chǎn)生所述至少一個(gè)控制信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第一緩沖器，其用以經(jīng)由所述第一互連接收第一時(shí)鐘信號(hào)；以及 第二緩沖器，其用以經(jīng)由所述第二互連接收第二時(shí)鐘信號(hào)，且其中所述第二電路產(chǎn)生 所述至少一個(gè)控制信號(hào)以調(diào)整所述第一和第二緩沖器中的至少一者的操作，以使所述第一 時(shí)鐘信號(hào)與所述第二時(shí)鐘信號(hào)按時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明描述用于估計(jì)金屬互連(530)的電阻和電容的技術(shù)。一種設(shè)備可包括一互連、一組焊盤(550、552、554、556)、一組隔離電路(560、562、564、566)以及一測(cè)試電路。所述組焊盤可耦合到所述互連，并用于施加電流(572)穿過所述互連且同時(shí)測(cè)量所述互連上的電壓(572)。所述電流和電壓可用以估計(jì)所述互連的電阻。所述測(cè)試電路可對(duì)所述互連進(jìn)行充電和放電以估計(jì)所述互連的電容。所述隔離電路可在所述測(cè)試電路對(duì)所述互連進(jìn)行充電和放電時(shí)使所述焊盤與所述互連隔離。所述設(shè)備可進(jìn)一步包括可以鏡像方式耦合的另一互連、另一組焊盤以及另一組隔離電路?？蓽?zhǔn)確地估計(jì)所述兩個(gè)互連之間的電阻和/或電容失配。
文檔編號(hào)G01R31/28GK101883989SQ200880118914
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者戴維·班, 杜楊, 賈亞卡納安·賈亞帕蘭 申請(qǐng)人:高通股份有限公司