一、 项目概述

随着中国信息产业的迅猛发展以及国内外消费结构的升级，集成电路已成为信息产业的核心和基础。中国对集成电路的需求将持续增长，在信息产业的发展中处于举足轻重的战略地位。根据国家集成电路产业发展规划，在未来10～20年时间里，中国芯片市场的增长率将高于全球市场的两倍。到2005年，我国集成电路的需求量将在365亿块左右， 集成电路的产量仅能满足国内市场需求的30％。到2010年集成电路产量达到500亿块，仅能满足国内市场需求的40％。投资的密度也将逐年上升，到2010年将有2000亿元的投入。未来，中国将成为世界上主要的集成电路产品供应国家之一。然而，纳米级器件测试技术与设备主要依赖进口，尚不能满足未来的需求。这将成为限制纳米级器件制造的重要瓶颈之一。用于纳米尺度半导体器件性能监测的PDO谱仪解决了确定微尺度器件参数测量所面临的困难。

目前，国内外对于集成芯片的微尺度（<0.13um）器件参数的提取，多采用数据拟合方法间接获取信息，尚没有一种在线的综合检测与分析仪器。本谱分析仪采用创新的比例差值技术[^①专利号：ZL90 1 04535.7;^②专利号：00100121.3]替代传统仪器采用的分析方法，可以克服传统拟合法的多解性，提高精度和工效。实验室应用已证明了这种新型比例差值谱技术对微尺度器件性能分析具备实质性特点和显著的技术进步。在我国以微电子产业为龙头的特殊背景下，在“知识经济”的今天，采用这一专利技术必然导致纳米级器件及SOC电路研制过程中所遇到的上述难题的解决和这一专利仪器的增值。因此研制PDO谱仪器具有其明显的应用前景和社会经济效益。本项目组已成功研制出半导体直流参数测试系统样机（BXT2931B）和比例差值分析器（PDO）并已投入试运行，效果满足设计要求，并在其运行基础上，收集大量实验结果数据，用以设计半导体参数谱分析仪样机。该谱仪将在传统的半导体参数在线测试分析系统中，嵌入关键的比例差值谱专利技术，并配备专门的波形叠加产生器单元。使之具有动态、静态多种比例差值分析能力，并提高测量的速度和准确度。

二、功能与应用

该谱分析仪可用于微尺度期间的性能分析，可在线分析微尺度器件的输出－转移特性，并给出阈值电压、跨导、亚阈值斜率及饱和漏极电压和电流等关键参数，并能在线监测这些参数在器件应用中的变化。直观的给出各类谱图，并得到关键的可用于器件使用寿命预测的参数。在线测量具有20000个数据点的动态测试结果仅需几秒钟。与传统的拟合法相比，将明显地提高精度和工效，在当今的“知识经济”时代，采用这一专利技术，具有明显的技术优势；实现产业化，有望参与国际竞争。

三、项目特征

    经过20余年的努力，已成功研制半导体直流参数测试系统样机（BXT2931B）和比例差值分析器（PDO）并已投入试运行，效果满足设计要求，直流测试系统和比例差值分析器（PDO）具有以下特征。

1. 直流参数测试系统硬件：

包含以PHLIPS2292为核心处理器的MCU单元、4路SMU单元，系统基本特征如下：

（1）基于WIN98/NT 操作系统下的图形操作界面，NI488.2接口。所有测试与分析结果均可用图形方式直接显示；

（2）实现当前比例差值谱分析的全功能，除了首次提供器件的物理缺陷参数以外，还可以提供微型器件的表征参数（阈值电压、亚阈值斜率、饱和漏电压等）及其变化规律；

（3）提供用户界面操作和自定义控制语句，帮助用户轻松实现在线监测、快速数据采集和参数分析一体化。

2. SMU的基础电学性能指标为：

（1）         电压源：±100V（20mA）/±40V（50mA）/±20V（100mA）/±2V（100mA）

共4个量程；

      （2） 电流源：10pA~100mA范围10个量程： 100V (Iout_20mA)/40V (20mA<Iout_50mA) /20V (50mA<Iout_100mA)；

      （3）电流表：1pA~100mA范围10个量程；

      （4）电压表：±10V、±1V 范围2个量程。

3. 半导体直流参数测试系统样机BXT2931B

BXT2931B（见附图1）通过GPIB NI488.2接口由计算机全程控制，用户通过专门的软件界面设置操作参数并控制设备进行测量，具有菜单驱动式的通道定义、源设置及测量条件设定，并可在线以图形和数据两种方式进行显示，支持用户进行组循环测量，支持用户自定义编程。(见附图2) 可在该样机基本型的基础上按照不同的要求配备不同指标的直流或交流单元。也可在该菜单式控制软件界面基础上按用户要求配备需要的功能模块。

4.比例差值分析器（PDO）（见附图3）

串行接口（RS232）控制、内置7种比例差值算法，用户可通过计算机界面设定相关分析参数将要分析的数据导入分析器，并从分析器取回分析的结果曲线。

5. 用于纳米尺度半导体器件性能监测的PDO谱仪

在直流参数测试设备和比例差值分析器的试运行基础上，收集大量实验结果数据，用以设计半导体参数谱分析仪样机。该谱仪将在传统的半导体参数在线测试分析系统中，嵌入关键的比例差值谱专利技术，并配备专门的波形叠加产生器单元。使之具有动态、静态多种比例差值分析能力，并提高测量的速度和准确度。

四、技术水平

比例差值谱专利技术是国家“七五”到“十五”科技攻关成果，已成功应用于与美国摩托罗拉公司以及中芯国际的工艺合作研究，取得了满意的结果。该技术已获国家“七五”、“九五”科技攻关优秀成果奖、获得1990年度国家发明三等奖、和2002年度国家教委科技进步二等奖，并已取得两项国家发明专利和一项实用新型专利授权。发明专利[专利号：00100121.3]为国家知识产权局评比的1500项优秀专利之一。并被列为2003年全国科技成果、专利技术国际交流选项推荐项目。并获得2003年国际专利技术交易会金奖。

五、市场状况及市场预测

据北美半导体协会及IDC研究表明，全球半导体需求2003年约增长12%，2004年约增长18%。随着中国政府及企业在此方面投入的不断加大，每年也有许多国外企业投资国内半导体企业，中国正成为世界上主要的半导体产品供应国家之一。每年国内新增此类企业包括IC设计、封装测试约10家、已有企业的规模也日益扩大，设备的需求呈现不断增长趋势，权威分析2006预测设备需求规模将继续扩大，目前生产企业的半导体参数测试设备约每家拥有5~20台，设计企业约1~3台。随着生产的器件尺寸的不断缩小（日本现在正研究50nm技术）及工艺的提高，传统分析方法-外推法已显露明显的缺陷。采用先进的比例差值谱技术（针对130nm以下尺寸器件）的谱仪市场前景，与纳电子器件的发展与需求是并行的，极具有走出国门的可能性。

我们对潜在客户做了初步的调查，市场细分定义为半导体参数分析、可靠性研究、寿命预测，目标群体涉及半导体生产、集成电路设计、器件研究与发展、芯片测试。目前国内此类设备的用户大多采用国外产品，价格昂贵。经调查，许多经济实力稍逊的小企业及大学系所等研究单位还在使用比较原始的测量手段，效率低下且效果很差，很难与其它拥有此类高集成测试分析系统的同类企业、院校竞争。而经济条件较好的企业及院校拥有最多的此类设备为原惠普公司的HP4145型测试仪，约占80%。此型号为HP公司90年产品（售价约35000USD），现已停产，换代主流产品为HP4156型，售价约45000USD。因此虽然许多HP4145型设备早已到了寿命的上限（约10年），使用效果已不如使用初期，但仍未更新，价格是个很重要的瓶颈，本系统的基本配置的价格为135000RMB。

在谱仪投入市场的初期，主要将面向无条件使用昂贵设备的企业与院校及刚组建需要新置设备的行业用户，这些用户目前约有50家，其中新增企业5家。也面向维持现有测量水平但需更换HP4145型的用户，这些用户目前联系到的约有20家，其中包括生产企业7家。预计中试完成以后第一年内销售12台左右，第二年预计销售20台，逐步增长为年销售50台，达到市场占有率的10%。

六、 所需设备及投资估算

“用于纳米尺度半导体器件性能监测的PDO谱仪” 项目计划净投资300万元，研制成功用于集成电路芯片检测的比例差值谱仪并达到试产水平。投入资金用于谱仪器的电路设计、电路板的研制、元器件、材料的采购；外屏蔽箱设计、外协加工费用等。

考核目标：2007年10月生产出2台新型谱仪样机和测试使用的1台6英寸常温手动晶圆样品测试机台与进口直流参数分析仪配套验证，通过运行实验、技术鉴定及国际论证。2007年年底可进行小批试产、销售，并达到年产12台的生产储备能力。

七、合作方式

联合开发或技术转让。

八、联系方式

北京大学科技处

联系人：杨松尧    电话：010-62757181

邮箱：zkkf@cpku.edu.cn

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