專(zhuān)利名稱(chēng)：基于測(cè)量漏電變化的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于測(cè)量漏電變化的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著工藝技術(shù)進(jìn)入納米級(jí)，晶體管特征尺寸不斷減小。在這種情況下，NBTI (負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性Negative Bias Temperature ^stability)，一種作用于PMOS晶體管的老化效應(yīng)成為影響電路生命期可靠性的首要因素。NBTI效應(yīng)會(huì)隨著電路使用時(shí)間的推移增加電路的時(shí)延，從而導(dǎo)致電路出現(xiàn)定時(shí)違規(guī)問(wèn)題。一些研究工作表明，在最差操作環(huán)境下， NBTI效應(yīng)可以導(dǎo)致電路時(shí)延在10年內(nèi)增加20%。由于電路老化是一種相對(duì)緩慢的過(guò)程， 在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)是一種有效的對(duì)老化效應(yīng)導(dǎo)致的電路失效進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。已有的一些在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法都是基于時(shí)延監(jiān)測(cè)原理。這種基于時(shí)延監(jiān)測(cè)原理的老化預(yù)測(cè)方法的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠在電路執(zhí)行工作負(fù)載的功能操作期間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通路時(shí)延的變化，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的時(shí)延變化預(yù)測(cè)電路的老化程度。然而，基于時(shí)延監(jiān)測(cè)原理的老化預(yù)測(cè)方法也面臨著一些挑戰(zhàn)。其中最主要的就是電路在執(zhí)行功能操作時(shí)所產(chǎn)生的噪聲可能會(huì)導(dǎo)致老化傳感器做出錯(cuò)誤的報(bào)警。這些實(shí)時(shí)噪聲包括供電/感應(yīng)噪聲以及電路中的串?dāng)_噪聲等。隨著制造工藝的不斷進(jìn)步，晶體管特征尺寸的不斷縮小，電路中的實(shí)時(shí)噪聲也越來(lái)越嚴(yán)重。因此，在嚴(yán)重的噪聲影響下，即使一些非關(guān)鍵通路的時(shí)延偏差也會(huì)超過(guò)老化傳感器的報(bào)警閾值，從而被誤認(rèn)為是由于電路老化造成的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，通過(guò)測(cè)量漏電變化來(lái)預(yù)測(cè)電路由于NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的老化，避免電路執(zhí)行功能操作時(shí)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)噪聲對(duì)測(cè)量精度的影響。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于測(cè)量漏電變化的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，包括步驟一、在電路處于空閑時(shí)，向關(guān)鍵通路上的關(guān)鍵門(mén)施加多個(gè)測(cè)量向量，得到對(duì)應(yīng)于所有測(cè)量向量的所有關(guān)鍵門(mén)漏電變化的線(xiàn)性方程；所述測(cè)量向量為在漏電測(cè)量過(guò)程中施加到電路的輸入向量；所述關(guān)鍵通路是指通過(guò)靜態(tài)時(shí)序分析，如果某條通路由于NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的老化超過(guò)其定時(shí)余量，則這條通路則被認(rèn)為是關(guān)鍵通路；關(guān)鍵通路上的門(mén)為關(guān)鍵門(mén)；步驟二、聯(lián)立對(duì)應(yīng)于所有測(cè)量向量的所有關(guān)鍵門(mén)漏電變化的線(xiàn)性方程，以形成關(guān)鍵門(mén)的漏電變化線(xiàn)性方程組；步驟三、求解關(guān)鍵門(mén)漏電變化線(xiàn)性方程組，得到所有關(guān)鍵門(mén)漏電變化量，一條關(guān)鍵通路的漏電變化量是這條通路上所有關(guān)鍵門(mén)的漏電變化量之和；和步驟四、根據(jù)關(guān)鍵通路的漏電變化量和時(shí)延變化量之間的相關(guān)性來(lái)預(yù)測(cè)關(guān)鍵通路由于NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的老化。可選的，在步驟一中
對(duì)同一個(gè)測(cè)量用向量，時(shí)間t時(shí)的漏電變化量LCCG (t)能夠通過(guò)從時(shí)間0時(shí)測(cè)量的漏電中減去時(shí)間t時(shí)測(cè)量的漏電來(lái)得到。可選的，在步驟二中針對(duì)施加每個(gè)測(cè)量用向量后獲得的LCCG(t)表達(dá)為一個(gè)線(xiàn)性方程，當(dāng)所有的測(cè)量用向量施加完畢，就可以得到一個(gè)方程組 Lccg^Lccg2+- +lccg, = lccgt ⑴lccg2+lccg7+—+lccg1 = lccgt (2)...lccg10+lccg16+... +lccgn = lccgt (m)其中，LCCGJO < i ^n)表示第i個(gè)關(guān)鍵門(mén)的漏電變化山表示相應(yīng)于施加所有的測(cè)量用向量后所獲得的總的漏電變化量的數(shù)目；lccgt(j) (0 < j彡m)表示施加向量j后所測(cè)量到的總的漏電變化量；m表示測(cè)量用向量的數(shù)目?？蛇x的，在步驟三中為了保證所述方程組有唯一解，需要滿(mǎn)足條件m = n，且r(A) = n,r(A)表示方程組系數(shù)矩陣A的秩。可選的，在步驟四中如果關(guān)鍵門(mén)為反相器，則通路漏電變化量和時(shí)延變化量之間的相關(guān)性方程為
權(quán)利要求
1.一種基于測(cè)量漏電變化的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，包括步驟一、在電路處于空閑時(shí)，向關(guān)鍵通路上的關(guān)鍵門(mén)施加多個(gè)測(cè)量向量，得到對(duì)應(yīng)于所有測(cè)量向量的所有關(guān)鍵門(mén)漏電變化的線(xiàn)性方程；所述測(cè)量向量為在漏電測(cè)量過(guò)程中施加到電路的輸入向量；所述關(guān)鍵通路是指通過(guò)靜態(tài)時(shí)序分析，如果某條通路由于NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的老化超過(guò)其定時(shí)余量，則這條通路則被認(rèn)為是關(guān)鍵通路；關(guān)鍵通路上的門(mén)為關(guān)鍵門(mén)；步驟二、聯(lián)立對(duì)應(yīng)于所有測(cè)量向量的所有關(guān)鍵門(mén)漏電變化的線(xiàn)性方程，以形成關(guān)鍵門(mén)的漏電變化線(xiàn)性方程組；步驟三、求解關(guān)鍵門(mén)漏電變化線(xiàn)性方程組，得到所有關(guān)鍵門(mén)漏電變化量，一條關(guān)鍵通路的漏電變化量是這條通路上所有關(guān)鍵門(mén)的漏電變化量之和；和步驟四、根據(jù)關(guān)鍵通路的漏電變化量和時(shí)延變化量之間的相關(guān)性來(lái)預(yù)測(cè)關(guān)鍵通路由于 NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的老化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，在步驟一中對(duì)同一個(gè)測(cè)量用向量，時(shí)間t時(shí)的漏電變化量LCCG(t)能夠通過(guò)從時(shí)間0時(shí)測(cè)量的漏電中減去時(shí)間t時(shí)測(cè)量的漏電來(lái)得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，在步驟二中針對(duì)施加每個(gè)測(cè)量用向量后獲得的lccg(t)表達(dá)為一個(gè)線(xiàn)性方程，當(dāng)所有的測(cè)量用向量施加完畢，就可以得到一個(gè)方程組 Lccg^Lccg2+-+lccgk = lccgt(1) lccg2+lccg7+—+lccg1 = lccgt ⑵LCCG10+LCCG16+—+LCCGn = LCCGt (m)其中，LCCGi (0 <i^n)表示第i個(gè)關(guān)鍵門(mén)的漏電變化；η表示相應(yīng)于施加所有的測(cè)量用向量后所獲得的總的漏電變化量的數(shù)目；LCCGtw (0 < j ^ m)表示施加向量j后所測(cè)量到的總的漏電變化量；m表示測(cè)量用向量的數(shù)目。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，在步驟三中為了保證所述方程組有唯一解，需要滿(mǎn)足條件m = n，且r (A) =n,r(A)表示方程組系數(shù)矩陣A的秩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，在步驟四中如果關(guān)鍵門(mén)為反相器， 則通路漏電變化量和時(shí)延變化量之間的相關(guān)性方程為AVth = -S · IgR1 (t)其中，ADP(t)表示通路經(jīng)過(guò)時(shí)間t后由于NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的時(shí)延增加量；下標(biāo)ij表示這條通路所經(jīng)過(guò)的第i個(gè)門(mén)內(nèi)的第j個(gè)PMOS晶體管；m表示所述通路經(jīng)過(guò)的門(mén)的數(shù)目； 表示門(mén)i的負(fù)載電容；α 1(iJ)和α 2(iJ)表示兩個(gè)通過(guò)擬合得到的參數(shù)，分別用來(lái)表示門(mén)的傳播時(shí)延同閾值電壓和負(fù)載電容之間近似的一階線(xiàn)性函數(shù)關(guān)系；Δ Vth(iJ) (t)表示第i個(gè)門(mén)內(nèi)的第j個(gè)PMOS晶體管在經(jīng)過(guò)時(shí)間t后由于NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的閾值電壓變化量，簡(jiǎn)寫(xiě)為八^表示亞閾值斜率氓⑴表示漏電變化的百分比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，在步驟四中如果關(guān)鍵門(mén)為或非門(mén)， 則通路漏電變化量和時(shí)延變化量之間的相關(guān)性方程為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，在步驟四中如果關(guān)鍵門(mén)為與非門(mén)， 則通路漏電變化量和時(shí)延變化量之間的相關(guān)性方程為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，步驟一包括步驟1. 1、經(jīng)過(guò)電路時(shí)序分析后，電路中的非關(guān)鍵門(mén)按照它們?cè)诎鎴D中的位置被分成不同的組；步驟1. 2、在每一組非關(guān)鍵門(mén)與地線(xiàn)之間插入一個(gè)門(mén)控晶體管；當(dāng)電路執(zhí)行正常的功能操作時(shí)，這些插入的門(mén)控晶體管保持導(dǎo)通狀態(tài)而不會(huì)影響到電路正常的功能操作，而當(dāng)進(jìn)行漏電測(cè)量時(shí)，這些門(mén)控晶體管關(guān)斷，從而切斷非關(guān)鍵門(mén)的漏電通路；步驟1. 3、將門(mén)控晶體管的輸入連接到scan信號(hào)上；當(dāng)電路執(zhí)行正常的功能操作時(shí)，scan信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平；在執(zhí)行漏電測(cè)量操作時(shí)，scan信號(hào)翻轉(zhuǎn)為低電平，從而關(guān)斷門(mén)控晶體管，也就切斷了非關(guān)鍵門(mén)的漏電通路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于測(cè)量漏電變化的在線(xiàn)電路老化預(yù)測(cè)方法，包括步驟一、在電路處于空閑時(shí)，向關(guān)鍵通路上的關(guān)鍵門(mén)施加多個(gè)測(cè)量向量，得到對(duì)應(yīng)于所有測(cè)量向量的所有關(guān)鍵門(mén)漏電變化的線(xiàn)性方程；步驟二、聯(lián)立對(duì)應(yīng)于所有測(cè)量向量的所有關(guān)鍵門(mén)漏電變化的線(xiàn)性方程，以形成關(guān)鍵門(mén)的漏電變化線(xiàn)性方程組；步驟三、求解關(guān)鍵門(mén)漏電變化線(xiàn)性方程組，得到所有關(guān)鍵門(mén)漏電變化量，一條關(guān)鍵通路的漏電變化量是這條通路上所有關(guān)鍵門(mén)的漏電變化量之和；和步驟四、根據(jù)關(guān)鍵通路的漏電變化量和時(shí)延變化量之間的相關(guān)性來(lái)預(yù)測(cè)關(guān)鍵通路由于NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的老化。通過(guò)測(cè)量漏電變化來(lái)預(yù)測(cè)電路由于NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的老化，避免電路執(zhí)行功能操作時(shí)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)噪聲對(duì)測(cè)量精度的影響。
文檔編號(hào)G01R31/28GK102435931SQ201110341368
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者李華偉, 李曉維, 靳松, 韓銀和 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所