[发明专利]用于测量依赖于时间的电介质击穿的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明是由Shingo Suzuki在2003年11月12日提交的标题为“Adevice Age Determination circuit(一种器件老化确定电路)”的美国专利申请No.10/712,847，由Shingo Suzuki在2003年9月26日提交的标题为“System and Method for Measuring Transistor Leakage Current witha Ring Oscillator with Backbias Controls(用于利用具有反向偏置控制的环形振荡器测量晶体管漏电流的系统和方法)”的美国专利申请No.10/672,793，以及由Shingo Suzuki等人在2002年4月16日提交的标题为“A System and Method for Measuring Transistor Leakage Current with aRing Oscillator(一种用于利用环形振荡器测量晶体管漏电流的系统和方法)”的美国专利申请No.10/124,152的部分继续，在此通过引用的方式包含其内容。

技术领域

本发明涉及一种利用环形振荡器测量依赖于时间的电介质击穿的系统和方法。

背景技术

传统的集成电路会经历各种可靠性和性能问题。对于深亚微米(DSM)设计，诸如热载流子注入(HCT)、依赖于时间的电介质击穿(TDDB)、负偏置热不稳定性(NBTI)等问题越来越多地影响集成电路的性能。

为了提高集成电路的性能和可靠性，可以调节诸如电源电压、操作频率、反向偏置(例如，阈值电压)等各种操作参数。然而，通常在集成电路的性能与寿命之间存在折衷考虑。调节操作参数以获得提高的性能通常导致诸如依赖于时间的电介质击穿(TDDB)之类的应力增加。如果可以测量集成电路中的TDDB，则可以更精确地平衡在性能与寿命之间的折衷。

发明内容

因此，本发明的实施例针对一种用于测量在集成电路、电子器件等等中的依赖于时间的电介质击穿(TDDB)的方法和系统。在一个实施例中，集成电路包括耦合到第一环形振荡器模块的第一受测器件(DUT)模块和耦合到第二环形振荡器模块的第二DUT模块。在第一模式期间对第一DUT的电介质层施加应力，从而在第一电介质层中引起依赖于时间的电介质击穿。维持第二DUT的电介质层作为参考。在第二模式期间，第一环形振荡器模块的操作频率是受到应力的电介质层的栅极漏电流的函数。在第二模式期间，第二环形振荡器模块的操作频率是参考电介质层的栅极漏电流的函数。该集成电路还可以包括比较器模块，其用于根据第一环形振荡器模块的操作频率与第二环形振荡器模块的操作频率之间的差值生成输出信号。

在本发明的另一实施例中，一种测量依赖于时间的电介质击穿的方法包括在正常操作模式期间对第一DUT模块的第一电介质层施加应力。在正常操作模式期间维持第二DUT模块的第二电介质层作为参考。在测试模式期间耦合第一电介质层作为到第一环形振荡器模块的第一栅极漏电流源。在测试模式期间耦合第二电介质层作为到第二环形振荡器模块的第二栅极漏电流源。在测试模式期间根据第一环形振荡器模块的操作频率与第二环形振荡器模块的操作频率之间的差值生成输出信号。

在又一实施例中，一种用于测量依赖于时间的电介质击穿的系统包括第一差分放大器、使能开关、一组反相器和MOSFET。该组反相器串联地耦合在反馈回路中该差分放大器的输出与第一输入之间。该MOSFET具有以栅极-栅极氧化物-源极-漏极结构排列的栅极、栅极氧化物、源极和漏极。在正常操作模式期间(例如当环形振荡器模块被禁用时)，该MOSFET的栅极氧化物经受依赖于时间的电介质击穿。在测试模式期间(例如，当环形振荡器模块被启用时)，耦合栅极-栅极氧化物-源极-漏极结构作为到该差分放大器的第一输入的第一栅极漏电流源。

本发明的实施例有利地提供了一种利用环形振荡器测量依赖于时间的电介质击穿的系统和方法。可以有利地根据对依赖于时间的电介质击穿的测量来推断相关联的集成电路、电子器件等的老化。还可以有利地利用对依赖于时间的电介质击穿的测量来调节器件性能与寿命之间的折衷考虑。

附图说明

本发明的实施例是通过示例的方式而不是限制的方式在附图的各图中进行说明的，并且在附图中类似的参考数字表示相似的单元，并且其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于测量集成电路中的依赖于时间的电介质击穿(TDDB)的系统的框图。