專利名稱:用于測量負偏置溫度不穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于利用環(huán)形振蕩器測量負偏置溫度不穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)集成電路受制于大量的可靠性和退化的問題。對于深亞微米(DSM)來說，諸如熱載流子注入(HCI)、依賴于時間的電介質(zhì)擊穿(TDDB)、負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)等設(shè)計問題越來越多地影響集成電路的性能。
為了提升集成電路的性能，可以改變比如電源電壓、工作頻率、反向偏置(例如閾值電壓)等各種工作參數(shù)。然而，在集成電路的性能與壽命之間通常需要權(quán)衡。改變工作參數(shù)以實現(xiàn)提高的性能通常造成諸如負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)之類的應(yīng)力的增加。如果可以測量集成電路中的NBTI，就可以優(yōu)化在性能與壽命之間的權(quán)衡。

發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明的實施例針對于一種用于測量集成電路、電子器件等中的負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)的方法和系統(tǒng)。在一個實施例中，集成電路包括耦合到第一環(huán)形振蕩器模塊的第一受測器件(DUT)模塊和耦合到第二環(huán)形振蕩器模塊的第二DUT模塊。第一DUT模塊在第一模式期間被偏置從而生成界面阱。所生成的界面阱造成第一DUT模塊的第一驅(qū)動電流的減少。第二受測器件模塊在第一模式期間被偏置以維持參考驅(qū)動電流。第一環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率在第二模式期間是第一驅(qū)動電流的函數(shù)。第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率在第二模式期間是參考驅(qū)動電流的函數(shù)。該集成電路還可以包括用于根據(jù)第一環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率和第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率之間的差值來生成輸出信號的比較器模塊。
在本發(fā)明的另一實施例中，一種測量負偏置溫度不穩(wěn)定性的方法包括在正常工作模式期間對第一MOSFET施加應(yīng)力。在正常工作模式期間維持第二MOSFET作為參考。在測試模式期間啟用第一和第二環(huán)形振蕩器模塊。第一環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率是第一MOSFET的驅(qū)動電流的函數(shù)。第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率是第二MOSFET的驅(qū)動電流的函數(shù)。在測試模式期間根據(jù)第一環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率和第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率之間的差值來生成輸出信號。
在又一實施例中，一種用于測量NBIT的系統(tǒng)包括第一組反相器、第一NAND門、第一MOSFET、第二組反相器、第二NAND門和第二MOSFET。第一組反相器、第一NAND門的第一輸入和輸出、以及第一MOSFET的源極和漏極串聯(lián)地耦合以形成第一信號回路。第一NAND門的第二輸入接收第一使能信號。第一MOSFET的柵極接收第二使能信號。第二組反相器、第二NAND門的第一輸入和輸出、以及第二MOSFET的源極和漏極串聯(lián)地耦合以形成第二信號回路。第二NAND門的第二輸入接收第一使能信號。第二MOSFET的柵極接收第三使能信號。
本發(fā)明的實施例有利地提供一種利用環(huán)形振蕩器測量NBIT的系統(tǒng)和方法?？梢杂欣馗鶕?jù)NBTI的測量來推測相關(guān)聯(lián)的集成電路、電子器件等的老化。NBTI的測量還可以有利地用來調(diào)整器件性能與壽命之間的權(quán)衡。
在附圖部分的各圖中作為例子而非作為限制說明了本發(fā)明的實施例，在附圖中相似的參考標號指代相似的單元，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于測量集成電路中的負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)的系統(tǒng)的框圖。
圖2A和圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于測量負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)的系統(tǒng)的示例性實現(xiàn)的框圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例測量負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)的方法的步驟的流程圖。
具體實施方式現(xiàn)在將具體地參照本發(fā)明的實施例，這些實施例的例子在附圖中說明。盡管將結(jié)合這些實施例來描述本發(fā)明，但是將理解到它們的本意不在于將本發(fā)明限制于這些實施例。與之相反，本發(fā)明的本意在于涵蓋可以包含于如由所附權(quán)利要求
所限定的本發(fā)明范圍之內(nèi)的備選、修改和等效。另外，在本發(fā)明的以下具體描述中，闡述了大量特定細節(jié)以便提供對本發(fā)明的透徹理解。然而應(yīng)當理解，沒有這些特定細節(jié)仍然可以實踐本發(fā)明。在其它實例中，沒有具體地描述公知的方法、過程、組件和電路以免不必要地使得本發(fā)明的諸多方面變得模糊。
參照圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于測量集成電路110中的負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)的系統(tǒng)的框圖。如圖1中所示，用于測量NBTI的系統(tǒng)包括第一環(huán)形振蕩器模塊120、第一受測器件(DUT)模塊130、第二環(huán)形振蕩器模塊140、第二DUT模塊150和比較器模塊160。第一DUT模塊130可以耦合到第一環(huán)形振蕩器模塊120。第二DUT模塊150可以耦合到第二環(huán)形振蕩器模塊140。比較器模塊160可以耦合到第一環(huán)形振蕩器模塊120和第二環(huán)形振蕩器模塊140，從而可以比較第一環(huán)形振蕩器模塊120和第二環(huán)形振蕩器模塊140的工作頻率。
在第一模式(例如正常工作模式)中，禁用第一環(huán)形振蕩器模塊120和第二環(huán)形振蕩器模塊140，從而不生成相應(yīng)的振蕩器信號。在第一模式期間，可以偏置第一DUT模塊130(例如受到應(yīng)力的模塊)，從而生成界面阱。界面阱的生成在第一DUT模塊130中造成負偏置溫度不穩(wěn)定性?？梢云玫诙﨑UT模塊150(例如參考模塊)，從而不生成界面阱?？梢岳斫?，NBTI隨著時間推移在第一DUT模塊130中造成了閾值電壓的增加和驅(qū)動電流的減少。然而，第二DUT模塊150中的閾值電壓和驅(qū)動電流將保持基本上恒定。
在第二模式(例如測試模式)中，禁用第一第二環(huán)形振蕩器模塊120和第二環(huán)形振蕩器模塊140。因此，每個環(huán)形振蕩器模塊120、140生成具有如下頻率的周期信號，該頻率是由對應(yīng)的DUT模塊130、150提供的驅(qū)動電流的函數(shù)。具體來說，第一環(huán)形振蕩器模塊120生成具有第一工作頻率的振蕩器信號，該第一工作頻率是由第一DUT模塊130提供的驅(qū)動電流的函數(shù)。如前所述，由第一DUT模塊130提供的驅(qū)動電流將在正常工作模式期間隨著時間推移而減少。因此，第一環(huán)形振蕩器模塊120的工作頻率將隨著時間推移而減少。第二振蕩器模塊140生成具有第二工作頻率的第二振蕩器信號，該第二工作頻率是由第二DUT模塊150提供的驅(qū)動電流的函數(shù)。如前所述，由第二DUT模塊150提供的驅(qū)動電流將隨著時間推移保持基本上恒定。因此，第二環(huán)形振蕩器模塊140的工作頻率將隨著時間推移保持基本上恒定。
在第二模式期間，比較器模塊160比較第一環(huán)形振蕩器模塊120和第二環(huán)形振蕩器模塊140的工作頻率。比較器模塊160的各種實施例在以下公開中進行了描述美國專利申請?zhí)?0/712,847，申請日2003年11月12日，Shingo Suzuki，標題為“A device Age Determination circuit”；美國專利申請?zhí)?0/672,793，申請日2003年9月26日，Shingo Suzuki，標題為“System and Method for Measuring Transistor Leakage Current with aRing Oscillator with Backbias Controls”；以及美國專利申請?zhí)?0/124,152，申請日2002年4月16日，Shingo Suzuki，標題為“A System and Method forMeasuring Transistor Leakage Current with a Ring Oscillator”，在此通過引用的方式包含其內(nèi)容。在一個實施例中，比較器模塊160生成如下輸出信號，該輸出信號是第一工作頻率和第二工作頻率之間的差值的函數(shù)。該信號表示第一DUT模塊130中NBTI退化的程度?？梢岳斫猓琋BTI隨著時間推移因集成電路110工作而減少。因此，可以根據(jù)由比較器模塊160生成的輸出信號來推測集成電路110的老化。
還可以理解，第一和第二工作頻率由于在制造集成電路110時的工藝變化而在初始時間(例如在集成電路第一次上電時)并不相等。因而，可以進行第一工作頻率和第二工作頻率之間的差值的初始測量，而且將該初始測量存儲為用于推測集成電路110的老化的偏移。偏移值可以存儲于在集成電路10內(nèi)部或者外部的非易失性存儲模塊(未示出)中，該非易失性存儲模塊諸如熔斷器組、靜態(tài)存儲器(例如靜態(tài)ROM、靜態(tài)RAM、閃存等)等。
可以理解，比較器模塊160是用于測量NBTI的系統(tǒng)中的可選單元。比較器模塊160的功能還可以實現(xiàn)在集成電路110外部。另外，雖然本發(fā)明的實施例被描述為包含于集成電路110中，但是可以理解，用于測量NBTI的系統(tǒng)可以與各種其它電子器件相結(jié)合地使用。
現(xiàn)在參照圖2A和圖2B，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于測量負偏置熱不穩(wěn)定性(NBTI)的系統(tǒng)的示例性實現(xiàn)的框圖?？梢岳斫猓捎谠赑-MOSFET反相層中存在著已知會與氧化物狀態(tài)相互作用的孔，所以與n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(N-MOSFET)相比，NBTI退化效應(yīng)對于p-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)來說更為明顯。因而，該示例性裝置適于測量P-MOSFET中的NBTI。在示例性實現(xiàn)中包括N-MOSFET主要是為了提供對稱性。用于測量NBTI的系統(tǒng)包括第一環(huán)形振蕩器模塊120、第一DUT模塊130、第二環(huán)形振蕩器模塊140和第二DUT模塊150。
如圖2A中所示，第一環(huán)形振蕩器模塊120包括相互串聯(lián)地耦合以形成第一信號回路的第一組反相器202-208。第一組反相器202-208中的每個反相器可以具有用于抽取適當扇出電流的耦合于其上的一個或多個負載門210-224。第一環(huán)形振蕩器模塊120還可以包括第一NAND門226，該第一NAND門具有耦合于第一組反相器202-208中的第一反相器與第二反相器之間的第一輸入和輸出。第一NAND門226的第二輸入可以耦合到使能信號(EN)。第一組反向器202-208與第一NAND門226的組合造成了沿著第一信號回路傳播的第一振蕩器信號的奇數(shù)次邏輯狀態(tài)反相?？梢岳斫?，第一組反相器202-208中的給定反相器或者NAND門226還貢獻了第一組反相器202-208中前一反相器的扇出電流。
第一DUT模塊130可以包括第一組的一個或多個p-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)228、230和/或一個或多個n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(N-MOSFET)232、234。第一組中的每個P-MOSFET 228、230可以耦合于第一信號回路中，使得它的源極耦合到第一組反相器204、208中對應(yīng)反相器的輸出，而它的漏極耦合到第一組反相器中的下一反相器206或者第一NAND門226。第一組中的每個N-MOSFET 232、234可以耦合于第一信號回路中，使得它的漏極耦合到第一組反相器202、206中對應(yīng)反相器的輸出，而它的源極耦合到第一組反相器204、208中的下一反相器。如果第一DUT模塊130包括第一組的P-MOSFET 228、230和N-MOSFET 232、234二者，則P-MOSFET和N-MOSFET可以交替地耦合于第一信號回路中。
第一DUT模塊130還可以包括相互串聯(lián)地耦合的第二組反相器236、238。第二組反相器中第一反相器236的輸入可以耦合到第一電勢(例如電源電壓)。在第二組反相器中第一反相器236的輸出處生成第一DUT使能信號(EN_P1)。第二組反相器中第二反相器238的輸入可以耦合到第二組反相器中第一反相器236的輸出。在第二組反相器中第二反相器238的輸出處生成第二DUT使能信號(EN_N1)。第一組P-MOSFET 228、230中每個P-MOSFET的柵極可以接收第一DUT使能信號(EN_P1)。第一組N-MOSFET 232、234中每個N-MOSFET的柵極可以接收第二DUT使能信號(EN_N1)。
如圖2B中所示，第二環(huán)形振蕩器模塊140包括相互串聯(lián)地耦合以形成第二信號回路的第三組反相器252-258。第三組反相器252-258中的每個反相器可以具有用于抽取適當扇出電流的耦合于其上的一個或多個負載門260-274。第二環(huán)形振蕩器模塊140還可以包括第二NAND門276，該第二NAND門具有耦合于第三組反相器252-258中的第一反相器與第二反相器之間的第一輸入和輸出。第二NAND門276的第二輸入可以耦合到使能信號(EN)。第三組反向器252-258與第二NAND門276的組合造成了沿著第二信號回路傳播的第二振蕩器信號的奇數(shù)次邏輯狀態(tài)反相?？梢岳斫?，第三組反相器254-258中的給定反相器或者NAND門276還貢獻了第三組反相器252-258中前一反相器的扇出電流。
第二DUT模塊150可以包括第二組的一個或多個P-MOSFET 278、280和/或一個或多個N-MOSFET 282、284。第二組中的每個P-MOSFET278、280可以耦合于第二信號回路中，使得它的源極耦合到第三組反相器254-258中對應(yīng)反相器的輸出，而它的漏極耦合到第三組反相器中的下一反相器256或者第二NAND門276。第二組中的每個N-MOSFET 282、284可以耦合于該信號回路中，使得它的漏極耦合到第三組反相器252、256中對應(yīng)反相器的輸出，而它的源極耦合到第三組反相器254、258中的下一反相器。如果第二DUT模塊150包括第一組的P-MOSFET 278、280和N-MOSFET 282、284二者，則P-MOSFET278、280和N-MOSFET 282、284可以交替地耦合于第二信號回路中。
第二DUT模塊150還可以包括相互串聯(lián)地耦合的第四組反相器286、288。第四組反相器中第一反相器286的輸入可以接收使能信號(EN)。在第四組反相器中第一反相器286的輸出處生成第三DUT使能信號(EN_P3)。第四組反相器中第二反相器288的輸入可以耦合到第四組反相器中第一反相器286的輸出。在第四組反相器中第二反相器286的輸出處生成第四DUT使能信號(EN_N4)。第二組P-MOSFET278、280中每個P-MOSFET的柵極可以接收第三DUT使能信號(EN_P4)。第二組N-MOSFET 232、234中每個N-MOSFET的柵極可以接收第四DUT使能信號(EN_N1)。
在第一模式(例如正常工作模式)中，第一環(huán)形振蕩器模塊120不生成第一振蕩器信號(VF1)。具體來說，在第一NAND門226的第一輸入處接收低狀態(tài)使能信號(EN)。當?shù)谝籒AND門226的第一輸入為低時，無論第一NAND門226的第二輸入的狀態(tài)如何，第一NAND門226的輸出都為高。因此，第一NAND門226在整個第一信號回路中都保持穩(wěn)態(tài)。
在第一模式中，第一DUT使能信號(EN_P1)為低而第二DUT使能信號(EN_N1)為高。因此，第一DUT模塊130中每個N-MOSFET的柵極為高(例如電源電壓(VDD))，而每個P-MOSFET的柵極為低(例如接地(VSS))。當?shù)谝籒AND門276的輸出為高時，第一組反相器202-208中的每個反相器將P-MOSFET 228、230中相應(yīng)P-MOSFET的源極和漏極偏置于高狀態(tài)(例如電源電壓(VDD))。因而，第一組中的P-MOSFET 228、230和/或N-MOSFET 232、234受到應(yīng)力(例如受到偏置從而在柵極氧化物與硅襯底之間生成界面阱)。由于在第一模式期間的NBTI應(yīng)力，第一組P-MOSFET 228、230和/或N-MOSFET 232、234的閾值電壓增加而驅(qū)動電流減少。
在第一模式中，第三DUT使能信號(EN_P2)為高而第四DUT使能信號(EN_N2)為低。因此，第二DUT模塊150中每個N-MOSFET282、284的柵極為低(例如接地(VSS))，而每個P-MOSFET 278、280的柵極為高(例如電源電壓(VDD))。當?shù)诙﨨AND柵極276的輸出為高時，第二組反相器252-258中的每個反相器將每個P-MOSFET278、280的源極和漏極偏置于低狀態(tài)(例如接地(VSS))。因而，第三組中的P-MOSFET 278、280和/或N-MOSFET 282、284沒有受到應(yīng)力，由此提供了用于確定NBTI的參考。
可以理解，在第一模式中工作的時間周期可以基本上等于相關(guān)聯(lián)的電路、電子器件等工作的時間周期。因而，第一組的P-MOSFET 228、230和/或N-MOSFET 232、234以與集成電路、電子器件等中所使用的P-MOSFET器件和/或N-MOSFET器件基本上相同的速率老化。作為選擇，第一組的P-MOSFET 228、230和/或N-MOSFET 232、234可以代表集成電路的最差情況以便進行保守的壽命估計。然而，第三組的P-MOSFET 278、280和/或N-MOSFET 282、284沒有受到應(yīng)力，因此在第一模式期間老化量不明顯。
在第二模式(例如測試模式)中，第一DUT使能信號(EN_P1)為低而第二DUT使能信號(EN_N1)為高。因此，第一DUT模塊130的每個N-MOSFET 232、234的柵極為高(例如電源電壓(VDD))，而每個P-MOSFET 228、230的柵極為低(例如接地(VSS))。當使能信號(EN)切換到高狀態(tài)時，第一環(huán)形振蕩器模塊120生成第一振蕩器信號(VF1)。如果第一DUT模塊130僅包含P-MOSFET，則第一振蕩器信號(VF1)的工作頻率將是P-MOSFET的驅(qū)動電流的函數(shù)。如果第一DUT模塊130僅包含N-MOSFET，則第一振蕩器信號(VF1)的工作頻率將是N-MOSFET的驅(qū)動電流的函數(shù)。如果第一DUT模塊130包含N-MOSFET和P-MOSFET二者，則第一振蕩器信號(VF1)的工作頻率將主要是P-MOSFET的驅(qū)動電流的函數(shù)，而N-MOSFET對工作頻率造成次要影響。根據(jù)對正常工作模式的以上描述可以理解，隨著時間推移，第一組MOSFET受到應(yīng)力，造成NBTI，該NBTI將隨著時間推移引起驅(qū)動電流減少。因而，第一振蕩器信號(VF1)的工作頻率將隨著時間減少。
在第二模式中，當使能信號切換到高狀態(tài)時，第三DUT使能信號(EN_P2)切換到低狀態(tài)，而第四DUT使能信號(EN_N2)切換到高狀態(tài)。因此，第二DUT模塊150的每個N-MOSFET 282、284的柵極為高(例如電源電壓(VDD))，而每個P-MOSFET 278、280的柵極為低(例如接地(VSS))。隨后，第二環(huán)形振蕩器模塊140生成第二振蕩器信號(VF2)。根據(jù)對正常工作模式的上述描述可以理解，第三組MOSFET的驅(qū)動電流將隨著時間保持基本上恒定。因而，第二振蕩器信號(VF2)的工作頻率將保持基本上恒定。在實際情況中，它可能由于第三組反相器252、254、256、258和第二NAND門276中的驅(qū)動電流下降而并不恒定。然而，“原生”驅(qū)動電流下降的速率在第一環(huán)形振蕩器模塊120和第二環(huán)形振蕩器模塊140二者中是相同的。因此，環(huán)形振蕩器模塊120、140的工作頻率之間的差值表明了受測器件的老化。
可以通過確定第一和第二振蕩器信號(VF1、VF2)的工作頻率之間的差值來測量負偏置溫度不穩(wěn)定性?？梢岳斫?，第一和第二振蕩器信號(VF1、VF2)的工作頻率可以在第一和第二信號回路的任意節(jié)點處進行測量。還可以理解，系統(tǒng)中的NBTI將隨著時間推移而增加。因此，可以根據(jù)對NBTI的測量來推測相關(guān)聯(lián)的集成電路、電子器件等的老化。為了確定集成電路、電子器件等的老化，可以定期地或者響應(yīng)于測量請求來啟動第二模式(例如測試模式)。
可以理解，第一環(huán)形振蕩器模塊120和第二環(huán)形振蕩器模塊140的工作頻率之間的差值可以用來調(diào)整器件性能與壽命之間的權(quán)衡。可以通過根據(jù)第一環(huán)形振蕩器模決120和第二環(huán)形振蕩器模決140的工作頻率之間的差值(例如器件的老化)來調(diào)整各種參數(shù)，比如電源電壓電平、工作頻率、反向偏置(例如閾值電壓)、工作溫度等，從而調(diào)整器件性能與壽命之間的權(quán)衡。
還可以理解，在第一模式中，第一組MOSFET 228-234經(jīng)受靜態(tài)NBTI(例如DC應(yīng)力)，該靜態(tài)NBTI造成閾值電壓和驅(qū)動電流參數(shù)的相對快速的退化。由DC應(yīng)力造成的快速退化導(dǎo)致MOSFET 228-234的相對較短的壽命。在第二模式中，第一組和第二組的MOSFET228-234、278-284經(jīng)受動態(tài)NBTI(例如AC應(yīng)力)。當DC應(yīng)力定期地中斷(例如施加AC應(yīng)力)時，至少部分地恢復(fù)該退化(例如在MOSFET 228-234的導(dǎo)通狀態(tài)期間生成的界面阱在它們的截止狀態(tài)期間部分地退火)，而且增加MOSFET 228-234的壽命。因而，在從第一狀態(tài)(例如靜態(tài)NBTI)切換到第二狀態(tài)(例如動態(tài)NBTI)之后不久(例如在數(shù)秒或者更短時間之內(nèi))測量NBTI可以使得能夠確定靜態(tài)NBTI的程度。在第二狀態(tài)期間持續(xù)測量可以使得能夠確定從NBTI退化中恢復(fù)的量和速率。
現(xiàn)在參照圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例測量負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)的方法的步驟的流程圖。如圖3中所示，測量NBTI的方法包括正常工作模式和測試模式。在正常工作模式中，在310禁用第一和第二環(huán)形振蕩器模塊。在一個實施例中，對應(yīng)第一和第二環(huán)形振蕩器模塊的第一和第二NAND門在對應(yīng)的第一輸入處接收使能信號。NAND門的對應(yīng)第二輸入和對應(yīng)輸出串聯(lián)地耦合于對應(yīng)的環(huán)形振蕩器模塊的反饋回路中。在正常工作模式中，使能信號在第一狀態(tài)(例如低電壓電平)，因此每個NAND柵極的輸出在第二狀態(tài)(例如高電壓電平)。當NAND門的輸出保持于第二狀態(tài)時，第一和第二環(huán)形振蕩器模塊不生成振蕩器信號。
在320，耦合到第一環(huán)形振蕩器模塊的第一DUT模塊在正常工作模式期間可以被偏置從而在柵極氧化物與襯底之間生成界面阱。界面阱的生成造成第一DUT模塊中的驅(qū)動電流隨著時間推移而減少。
在330，耦合到第二環(huán)形振蕩器模塊的第二DUT模塊可以在正常操作模式期間被維持作為參考。因而，第一DUT模式中的驅(qū)動電流隨著時間推移保持基本上恒定。
在340，在測試模式期間可以禁用第一和第二環(huán)形振蕩器模塊。第一和第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率分別是耦合于其上的對應(yīng)DUT模塊的驅(qū)動電流的函數(shù)。在一個實現(xiàn)方式中，使能信號可以切換到第二狀態(tài)(例如高電壓電平)，因此每個NAND門的輸出在第一狀態(tài)(例如低電壓電平)。當NAND門的輸出保持于第一狀態(tài)時，第一和第二環(huán)形振蕩器模塊生成具有如下工作頻率的振蕩器信號，該工作頻率是對應(yīng)驅(qū)動電流的函數(shù)。
在350，可以在測試模式期間比較第一和第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率。作為比較的結(jié)果，可以生成表明NBTI效應(yīng)的信號?？梢岳斫猓缓罂梢愿鶕?jù)比較結(jié)果來推測集成電路的老化。
在360，可以在一個或多個條件之下進入測試模式。在一個實現(xiàn)方式中，可以定期地或者響應(yīng)于測量請求來啟動測試模式?？梢岳斫?，測試模式的時間周期與正常工作模式相比應(yīng)當可以忽略。
因而，本發(fā)明的實施例提供一種利用環(huán)形振蕩器測量負偏置溫度不穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。可以有利地根據(jù)對NBTI的測量來推測相關(guān)聯(lián)的集成電路、電子器件等的老化。對NBTI的測量還可以有利地用來調(diào)整器件性能與壽命之間的權(quán)衡。
廣而言之，本文公開了以下內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的集成電路包括耦合到第一環(huán)形振蕩器模塊的第一受測器件(DUT)模塊和耦合到第二環(huán)形振蕩器模塊的第二DUT模塊。第一DUT模塊在第一模式期間被偏置從而生成界面阱。所生成的界面阱造成第一DUT模塊的第一驅(qū)動電流減少。第二受測器件模塊在第一模式期間被偏置以維持參考驅(qū)動電流。第一環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率在第二模式期間是第一驅(qū)動電流的函數(shù)。第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率在第二模式期間是參考驅(qū)動電流的函數(shù)。該集成電路還可以包括用于根據(jù)第一環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率和第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率之間的差值來生成輸出信號的比較器模塊。
已經(jīng)出于說明和描述的目的提供了對本發(fā)明的特定實施例的以上描述。它們的本意并不在于窮舉或者將本發(fā)明限制為公開的精確形式，而且根據(jù)以上啟示，可以進行很多修改和變更。選擇和描述了實施例以便最佳地說明本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，由此使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠通過適合于所構(gòu)思的特定用途的各種修改來最佳地運用本發(fā)明和各種實施例。其本意在于，本發(fā)明的范圍將由所附權(quán)利要求
及其等效形式來限定。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，包括第一受測器件模塊，在第一模式期間被偏置，其中所生成的界面阱造成第一驅(qū)動電流減少；第二受測器件模塊，在所述第一模式期間被偏置以維持參考驅(qū)動電流；第一環(huán)形振蕩器模塊，耦合到所述第一受測器件模塊，用于在第二模式期間生成第一振蕩器信號，其中所述第一振蕩器信號的工作頻率是所述第一驅(qū)動電流的函數(shù)；以及第二環(huán)形振蕩器模塊，耦合到所述第二受測器件模塊，用于在第二模式期間生成第二振蕩器信號，其中所述第二振蕩器信號的工作頻率是所述參考驅(qū)動電流的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的集成電路，還包括比較器模塊，耦合到所述第一環(huán)形振蕩器模塊和所述第二環(huán)形振蕩器模塊，用于根據(jù)所述第一振蕩器信號的所述工作頻率與所述第二振蕩器信號的所述工作頻率之間的差值來生成輸出信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的集成電路，其中所述第一受測器件模塊包括p-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管；以及所述第二受測器件模塊包括p-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的集成電路，其中所述第一受測器件模塊包括n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管；以及所述第二受測器件模塊包括n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的集成電路，其中所述第一受測器件模塊包括p-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管和n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管；以及所述第二受測器件模塊包括p-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管和n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的集成電路，其中所述第一受測器件模塊串聯(lián)地耦合于所述第一環(huán)形振蕩器模塊的反饋回路中；以及所述第二受測器件模塊串聯(lián)地耦合于所述第二環(huán)形振蕩器模塊的反饋回路中。
7.一種測量負偏置溫度不穩(wěn)定性的方法，包括在正常工作模式期間對第一MOSFET施加應(yīng)力；在所述正常工作模式期間維持第二MOSFET作為參考；啟用第一環(huán)形振蕩器模塊，其中所述第一環(huán)形振蕩器模塊的第一工作頻率在測試模式期間是所述第一MOSFET的驅(qū)動電流的函數(shù)；啟用第二環(huán)形振蕩器模塊，其中所述第二環(huán)形振蕩器模塊的第二工作頻率在所述測試模式期間是所述第二MOSFET的驅(qū)動電流的函數(shù)；以及在所述測試模式期間根據(jù)所述第一工作頻率與所述第二工作頻率之間的差值來生成輸出信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中所述對所述第一MOSFET施加應(yīng)力包括將所述第一MOSFET偏置，其中在柵極氧化物與襯底之間生成界面阱。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其中所述界面阱的生成造成所述MOSFET的閾值電壓增加。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其中所述界面阱的生成造成所述MOSFET的驅(qū)動電流減少。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中所述第二MOSFET的閾值電壓維持為基本上恒定。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中所述第二MOSFET的驅(qū)動電流維持為基本上恒定。
13.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，還包括在所述正常工作模式期間禁用所述第一環(huán)形振蕩器模塊；以及在所述正常工作模式期間禁用所述第二環(huán)形振蕩器模塊。
14.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，還包括根據(jù)所述輸出信號來確定負偏置溫度不穩(wěn)定性退化的量。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，還包括根據(jù)所述輸出信號來確定負偏置溫度不穩(wěn)定性恢復(fù)的量。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的方法，還包括根據(jù)所述輸出信號來確定負偏置溫度不穩(wěn)定性恢復(fù)的速率。
17.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，還包括根據(jù)所述輸出信號來推測集成電路的老化。
18.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，還包括在預(yù)定時間從所述正常工作模式切換到所述測試模式。
19.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，還包括在收到測試模式請求時從所述正常工作模式切換到所述測試模式。
20.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，還包括在生成所述輸出信號之后從所述測試模式切換到所述正常工作模式。
21.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中所述測試模式的時間周期與所述正常工作模式的時間周期相比可以忽略。
22.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中所述正常工作模式的時間周期基本上等于集成電路的工作模式的時間周期。
23.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，還包括在所述測試模式期間根據(jù)所述第一環(huán)形振蕩器模塊的初始工作頻率與所述第二環(huán)形振蕩器模塊的初始工作頻率之間的差值來確定偏移；以及根據(jù)所述輸出信號和所述偏移來確定負偏置溫度不穩(wěn)定性退化的量。
24.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，還包括根據(jù)所述輸出信號來調(diào)整集成電路的工作參數(shù)。
25.一種用于測量負偏置溫度不穩(wěn)定性的系統(tǒng)，包括第一組反相器，串聯(lián)地耦合以形成第一信號回路；第一NAND門，具有耦合到第一使能信號的第一輸入以及具有串聯(lián)地耦合于所述第一信號回路中的第二輸入和輸出；第一MOSFET，具有串聯(lián)地耦合于所述第一信號回路中的源極和漏極并且具有耦合于第二使能信號的柵極；第二組反相器，串聯(lián)地耦合以形成第二信號回路；第二NAND門，具有耦合到所述第一使能信號的第一輸入并且具有串聯(lián)地耦合于所述第二信號回路中的第二輸入和輸出；以及第二MOSFET，具有串聯(lián)地耦合于所述第二信號回路中的源極和漏極并且具有耦合于第三使能信號的柵極。
26.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的系統(tǒng)，其中所述第一MOSFET和所述第二MOSFET是p-溝道MOSFET。
27.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的系統(tǒng)，其中所述第一MOSFET和所述第二MOSFET是n-溝道MOSFET。
28.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的系統(tǒng)，還包括第三MOSFET，具有串聯(lián)地耦合于所述第一信號回路中的源極和漏極并且具有耦合到第四使能信號的柵極；以及第四MOSFET，具有串聯(lián)地耦合于所述第二信號回路中的源極和漏極并且具有耦合到第五使能信號的柵極。
29.根據(jù)權(quán)利要求
28所述的系統(tǒng)，其中所述第一MOSFET和第二MOSFET是p-溝道MOSFET；以及所述第三MOSFET和所述第四MOSFET是n-溝道MOSFET。
專利摘要
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的集成電路包括耦合到第一環(huán)形振蕩器模塊的第一受測器件(DUT)模塊和耦合到第二環(huán)形振蕩器模塊的第二DUT模塊。第一DUT模塊在第一模式期間被偏置從而生成界面阱。所生成的界面阱造成第一DUT模塊的第一驅(qū)動電流減少。第二受測器件模塊在第一模式期間被偏置以維持參考驅(qū)動電流。第一環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率在第二模式期間是第一驅(qū)動電流的函數(shù)。第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率在第二模式期間是參考驅(qū)動電流的函數(shù)。該集成電路還可以包括用于根據(jù)第一環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率和第二環(huán)形振蕩器模塊的工作頻率之間的差值來生成輸出信號的比較器模塊。
文檔編號H01L23/544GK1997905SQ20058001961
公開日2007年7月11日 申請日期2005年6月14日
發(fā)明者鈴木信吾 申請人:全美達股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan