數(shù)字集成電路老化測試技術(shù)

呂磊+田云+曹韌樁+尹燕恒

摘 要

隨著大數(shù)據(jù)時代的悄然而至，集成電路應(yīng)用的過程中被人們提出了較高要求，為了提升數(shù)字集成電路應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性，應(yīng)做好電路老化測試工作，應(yīng)用先進(jìn)測試技術(shù)提高電路老化測試的準(zhǔn)確性。本文首先介紹了電路老化及影響因素，然后分析了具體的測試技術(shù)，最后探究了數(shù)字集成電路老化測試的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字集成 電路老化 測試技術(shù) 設(shè)計分析

數(shù)字集成電路應(yīng)用的過程中，其應(yīng)用效果常受電路老化影響，針對老化電路進(jìn)行技術(shù)測試，并根據(jù)測試結(jié)果優(yōu)化數(shù)字集成電路，提高電路的穩(wěn)定性，在此期間，所選用的測試技術(shù)十分關(guān)鍵，適合的測試技術(shù)能夠在短時間內(nèi)準(zhǔn)確檢測老化電路，同時，還會降低電路成本。本文針對該論題具體分析，希望能夠起到電路測試借鑒作用。

1 電路老化及影響因素

1.1 基本介紹

數(shù)字集成電路長時間應(yīng)用，極易出現(xiàn)電路老化現(xiàn)象，這不僅會影響電路信號傳輸，而且還會弱化電路性能，與此同時，相關(guān)參數(shù)也會不同程度的受到影響，用戶用電安全性也會相應(yīng)降低?，F(xiàn)如今，電路老化現(xiàn)象時常發(fā)生，導(dǎo)致電路老化的原因相對較多，一旦發(fā)現(xiàn)存在電路老化現(xiàn)象，應(yīng)首先準(zhǔn)確判斷，在判斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行故障分析，確保電路老化原因在短時間內(nèi)被探索，以此提升集成電路的安全性。

1.2 影響因素

首先，電遷移EM因素影響。它主要發(fā)生在金屬導(dǎo)線上，即金屬導(dǎo)線的完整性受到破壞后，導(dǎo)線外表面會非規(guī)則凸起，這主要受電子沖擊影響，這種影響因素導(dǎo)致的電路老化現(xiàn)象屬于物質(zhì)傳輸。然后，經(jīng)時擊穿TDDB因素影響。它主要在晶體管內(nèi)部形成電路通路，中止晶體管正常運行，硅氧化層極易因能量過多集聚弱化絕緣效果，最終形成電介質(zhì)擊穿現(xiàn)象。最后，NBTI效應(yīng)。PMOS管長時間應(yīng)用后，受負(fù)偏置電壓影響，閾值電壓會不同程度的變化，這在一定程度上會加劇電路老化現(xiàn)象。

2 老化測試技術(shù)分析

老化電路測試時，常用的技術(shù)類型主要有兩種，第一種即預(yù)測技術(shù)，第二種即檢測技術(shù)，這兩種技術(shù)類型均存在應(yīng)用優(yōu)勢和應(yīng)用劣勢，具體介紹如下。

2.1 預(yù)測技術(shù)

這一技術(shù)主要實施于老化電路檢測技術(shù)之前，預(yù)測依據(jù)即觀察信號跳變情況，如果預(yù)先設(shè)置的范圍內(nèi)出現(xiàn)了信號變化，那么電路老化現(xiàn)象則被證實。應(yīng)用這一技術(shù)預(yù)測潛在的老化電路，不僅能夠降低經(jīng)濟(jì)損失，而且還能優(yōu)化電路性能。預(yù)測技術(shù)常用于NBTI效應(yīng)引起的電路老化，針對性的預(yù)測不僅能夠制定相應(yīng)的預(yù)防措施，而且還能增強(qiáng)系統(tǒng)安全性，避免系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失。

2.2 檢測技術(shù)

該技術(shù)主要用來檢測電路時序，該技術(shù)應(yīng)用的過程中主要整合邏輯電路、對比采樣輸出值，以此分析是否存在電路老化問題。在RFF電路中，應(yīng)用檢測技術(shù)分析電路老化現(xiàn)象的具體流程為：采集輸出信號、對比邏輯值、產(chǎn)生輸出信號、判斷輸出信號、分析電路老化現(xiàn)象。

預(yù)測技術(shù)的應(yīng)用成本相對較低，但預(yù)測本身基于出現(xiàn)錯誤；檢測技術(shù)應(yīng)用成本相對較高，實際檢測的過程中存在覆蓋不全面、數(shù)據(jù)狀態(tài)破壞等問題。這兩種技術(shù)均適用于其他電路，相對比而言，老化預(yù)測技術(shù)更具有應(yīng)用價值。

3 數(shù)字集成電路老化測試結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 老化失效預(yù)測框架

之所以要建立老化失效預(yù)測框架，主要是因為電路老化狀態(tài)能夠被實時監(jiān)測，即老化電路信息會直觀顯示，當(dāng)電路老化現(xiàn)象發(fā)生后，那么系統(tǒng)則會在第一時間發(fā)出警報，相關(guān)工作人員在警報的提示下會全面檢測，避免電路老化損失持續(xù)擴(kuò)大。設(shè)計框架的過程中，組成部分主要包括兩方面，第一方面即監(jiān)控塊，第二方面即觸發(fā)器，前者主要是用來檢測是否存在信號跳變現(xiàn)象，后者主要是用來預(yù)測、傳遞電路老化信號，以免發(fā)生電路方面的經(jīng)濟(jì)損失。老化失效預(yù)測框架具有良好的應(yīng)用前景，相關(guān)學(xué)者應(yīng)在這一方面深入探究，大大提高預(yù)測框架的應(yīng)用率。

3.2 穩(wěn)定校驗電路結(jié)構(gòu)

電路結(jié)構(gòu)校驗的過程中常用穩(wěn)定校驗器這一裝置，除了這一裝置屬于老化傳感器的組成部分之外，還包括輸出鎖存器、延遲單元兩部分，其中，穩(wěn)定校驗器能夠完成信號采樣工作；延時單元在保護(hù)帶間隔方面起著重要作用，它主要用來產(chǎn)生延時信號；最后一部分的作用即輸出穩(wěn)定信號，完成信息結(jié)果存儲這一工作。老化傳感器實際應(yīng)用的過程中，首先要獲取時鐘信號，接下來對所獲取的時鐘信號進(jìn)行反向輸出，待延時時間產(chǎn)生后，則時鐘信號能夠和上述產(chǎn)生的信號完成邏輯運算，最終形成信號檢測區(qū)域，針對邏輯電路獲取的信號進(jìn)行區(qū)域檢驗，以此判斷電路老化。預(yù)測穩(wěn)定性檢驗電路實際應(yīng)用的過程中存在一定問題，其中，延遲單元的應(yīng)用成本相對較高，并且監(jiān)測窗口變化多樣；老化效應(yīng)受結(jié)構(gòu)影響存在差異，個別老化效應(yīng)具有隱蔽性。

3.3 先前采樣電路結(jié)構(gòu)

電路結(jié)構(gòu)采樣的過程中，應(yīng)用預(yù)測先前采樣電路結(jié)構(gòu)完成采樣任務(wù)，這一結(jié)構(gòu)的組成框架主要包括系統(tǒng)觸發(fā)器、預(yù)采樣觸發(fā)器兩部分，兩個觸發(fā)器的輸出信號均參加邏輯運算，最終生成信號的信號。由于這兩種觸發(fā)器存在相似的老化效應(yīng)，進(jìn)而在延遲單元的作用下，極易出現(xiàn)老化路徑隱藏現(xiàn)象，最終影響保護(hù)帶的穩(wěn)定性，預(yù)測結(jié)果也會失去準(zhǔn)確性。應(yīng)用這一電路結(jié)構(gòu)完成采樣活動時，會不同程度的增加電路使用成本，同時，還會降低保護(hù)帶穩(wěn)定性，監(jiān)測窗口大小得不到合理控制。

3.4 老化感知觸發(fā)器

上述兩種電路失效預(yù)測結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用的過程中存在些許不足，這為老化感知觸發(fā)器提供了廣闊的應(yīng)用空間，老化感知觸發(fā)器適用于不同類型、不同程度的數(shù)字集成電路老化測試工作，并且應(yīng)用成本相對較低，能夠有效彌補(bǔ)上述介紹的預(yù)測結(jié)構(gòu)的不足，并且電路老化的測試準(zhǔn)確性相對較高，老化感知觸發(fā)器具有較高的應(yīng)用價值。

4 結(jié)論

綜上所述，在了解電路老化及其影響因素的過程中，掌握老化預(yù)測技術(shù)、老化檢測技術(shù)二者間存在的不足，應(yīng)用老化感知觸發(fā)器進(jìn)行電路老化測試，能夠彌補(bǔ)穩(wěn)定校驗電路結(jié)構(gòu)以及先前采樣電路結(jié)構(gòu)應(yīng)用的不足，同時，電路老化預(yù)測準(zhǔn)確性能夠大大提高。除此之外，相關(guān)研究學(xué)者應(yīng)對老化感知觸發(fā)器針對性分析，大大提高其在數(shù)字集成電路老化測試中的應(yīng)用率。

參考文獻(xiàn)

[1]李華偉.考慮時延偏差的數(shù)字電路時延測試綜述[J].集成技術(shù)，2013，2（06）：54-64.

[2]陳光浩，張福洪，徐春暉.一種集成電路老化測試設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)與數(shù)字工程，2014，42（05）：891-895.

作者單位

公安部第一研究所 北京市 100048endprint