[發(fā)明專利]一種基于保護(hù)帶的老化故障檢測傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710183825.5
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106970317A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王新勝;李景虎;王晨旭;韓良;劉曉寧;吳浩
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所37202
• 代理人: 丁宏斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路故障檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于保護(hù)帶的老化故障檢測傳感器。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體工藝的高速發(fā)展，電路的特征尺寸越來越小、集成度越來越高、芯片面積越來越小，這是集成電路發(fā)展的一個必然方向，即向著高集成度發(fā)展，它會使電路的性能得到提高，生產(chǎn)成本也會降低。集成電路發(fā)展的另一個方向即向著高可靠性發(fā)展，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使得柵介質(zhì)變薄、溝道縮短，這些變化同時帶來了電路的可靠性問題。在某些可靠性要求比較高的領(lǐng)域，如航空航天等，可靠性甚至和技術(shù)性能一樣重要，甚至是主導(dǎo)因素。

老化是一切事物的自然現(xiàn)象，集成電路也不例外，急劇縮小的特征尺寸導(dǎo)致一系列加速電路老化的負(fù)面機(jī)制。根據(jù)其產(chǎn)生的物理機(jī)制的不同，它們被分為：負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定，熱載流子注入，經(jīng)時介質(zhì)擊穿，以及電遷移等。這些老化效應(yīng)負(fù)面影響著電路的時延，使之隨著使用時間的推移而不斷增加，導(dǎo)致電路路徑出現(xiàn)時序違規(guī)，電路功能出現(xiàn)錯誤，最終影響電路的壽命，造成芯片的性能和工作頻率不斷降低，芯片出現(xiàn)功能失效。如何設(shè)計抗老化電路，延長芯片的使用壽命，已成為集成電路設(shè)計中的一個熱點問題。如何準(zhǔn)確地監(jiān)測老化情況，獲取老化數(shù)據(jù)來衡量老化程度是抗老化電路設(shè)計的前提條件。

中國專利申請CN102435931A，基于測量漏電變化的在線電路老化預(yù)測方法通過測量漏電變化來預(yù)測電路由于負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性 NBTI 效應(yīng)導(dǎo)致的老化，可避免電路執(zhí)行功能操作時產(chǎn)生的實時噪聲對測量精度的影響。但其使用范圍小，并且檢測電路一直處在工作狀態(tài)，會增加電路的功耗，同時自身不具備抗老化能力。

中國專利申請CN106291322A一種采用延遲放大結(jié)構(gòu)的CMOS電路老化傳感器, 包括參考延時電路、延時檢測電路、延時放大器、數(shù)字量化電路、SR鎖存器、第一二輸入與門和第一反相器，參考延時電路和延時檢測電路連接，參考延時電路的時鐘輸出端和延時檢測電路的第三輸入端連接，參考延時電路的第二輸出端分別與第一二輸入與門的第一輸入端和延時放大器的第一輸入端連接，延時檢測電路的輸出端和SR鎖存器的第一輸入端連接，SR鎖存器的輸出端和延時放大器的第二輸入端連接，延時放大器和第一反相器連接，第一反相器的輸出端和第一二輸入與門的第二輸入端連接，第一二輸入與門的輸出端和數(shù)字量化電路的輸入端連接。該傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得實際使用時給原電路引入較大的功耗，不能滿足如今對芯片低功耗的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有電路老化傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗高、無法抗老化的缺點，提供一種基于保護(hù)帶的老化故障檢測傳感器，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、自身抗老化、可靠性高可預(yù)測自然老化故障。

本發(fā)明的實現(xiàn)方案如下：一種基于保護(hù)帶的老化故障檢測傳感器，包括延時單元、穩(wěn)定檢測器、輸出鎖存器和第一反相器，延時單元用于控制老化故障檢測傳感器的開關(guān)，延時單元開啟時產(chǎn)生延遲的時鐘信號GB，延時單元關(guān)閉時老化故障檢測傳感器處于抗老化狀態(tài)；穩(wěn)定檢測器接收延遲的時鐘信號GB、原時鐘信號的反向信號nclk以及組合邏輯電路的CL信號，延遲的時鐘信號GB和原時鐘信號的反向信號nclk形成保護(hù)帶時間（即時間窗口Tg），并檢測保護(hù)帶時間內(nèi)組合邏輯電路信號CL是否出現(xiàn)跳變，向輸出鎖存器輸出跳變信號；輸出鎖存器用于鎖存接收到的跳變信號并發(fā)出報警信號。

所述延時單元具有時鐘輸入端、監(jiān)控信號輸入端（Monitor）和輸出端，穩(wěn)定檢測器具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端，輸出鎖存器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，延時單元的輸出端與穩(wěn)定檢測器的第一輸入端連接，穩(wěn)定檢測器的第二輸入端連接組合邏輯電路，第一反相器的輸入端連接時鐘，輸出端與穩(wěn)定檢測器的第三輸入端連接，穩(wěn)定檢測器的輸出端連接輸出鎖存器的第一輸入端，輸出鎖存器的第二輸入端連接復(fù)位信號reset。