[发明专利]热载流子注入失效预警电路

说明书

技术领域

本发明涉及预警电路，特别是涉及一种热载流子注入失效预警电路。

背景技术

随着超大规模集成电路制造技术向深亚微米方向发展，MOS器件尺寸等比缩小，而工作电压并未能随之等比减小，这意味着沟道区的横向和纵向电场显著增加。沟道中的载流子在高电场中获得足够能量后形成热载流子的几率大大增加。这些高能载流子在MOS器件沟道中能够翻越界面势垒，注入栅氧层，在Si-SiO2界面产生界面态或被栅氧化层中的电荷陷阱俘获，进而导致器件的阈值电压、跨导和线性区及饱和区漏电流等发生变化。当因栅氧化层积累电荷导致阈值电压和跨导退化超过一定限值时，器件将会失效，这种热载流子注入效应已成为制约集成电路发展的重要因素之一。

因电子系统关键模块或元件故障而引起的灾难性事故时常发生，这导致大量的人力、物力与财力的损失。由于当前缺乏对电子系统状态准确的判断和健康分析，从安全角度对电子系统进行了大量不必要的维修，因而导致运行成本大大提高，并且电子系统发生故障后再进行维修往往已经造成不可挽回的损失。基于电子系统的故障预测与健康管理（prognostics and health management，PHM）的“视情维修”，可以避免传统“定时维修”的维修过剩或“事后维修”造成的巨大损失。PHM方法因由于实施规模小、经济可承受性好以及可避免重大事故等显著优势而具有良好的应用前景。PHM方法对电子系统的故障能够尽早监测、识别，具备对电子系统的健康进行管理、状态进行预测的能力。因此，电子系统的PHM方法研究已成为国内外科研人员关注的一项重要课题。

PHM方法可以分为三种类型：(a)预兆单元方法；(b)失效先兆监控方法；(c)寿命损耗监测方法。其中，预兆单元方法根据电路模块或元件的失效机理，在电路中增加易损单元，使其先于主单元失效而提供预警，达到保证主单元安全的目的。可集成的热载流子失效预警电路是集成电路主要预兆单元之一，它利用片内的可靠监视电路，能够在器件退化到指定阈值时发出报警信号，从而降低了在设计主电路对可靠性的依赖，同时又能避免系统的致命故障。传统的预警电路采用了以CMOS工艺为基础的、具有“阈值门限”特性的比较电路。当热载流子效应导致MOS器件阈值电压漂移达到设定值时，预警电路将输出报警信号。通常，只有预警电路本身具备高可靠度，才能对主电路进行失效预警，也才能保障预警的准确性。然而，传统的预警技术采用了具有“阈值门限”特性的比较电路，且电路结构相对复杂，因而其可靠度将难以得到保障，不便于推广应用。

发明内容

基于此，本发明提供一种热载流子注入失效预警电路，能够在热载流子注入效应发生到一定程度时准确地输出报警信号，其可靠性较高，电路结构简单，易于推广应用。

一种热载流子注入失效预警电路，包括应力产生模块100、差分测试模块200、失调电压消除模块300、非重叠时钟产生模块400、比较模块500、输出模块600；

应力产生模块100的输出端与差分测试模块200的输入端相连，差分测试模块200的输出端通过失调电压消除模块300与比较模块500的输入端相连，比较模块500的输出端与输出模块600的输入端相连，非重叠时钟产生模块400的输出端分别与所述应力产生模块100的输入端、差分测试模块200的另一输入端、失调电压消除模块300另一输入端相连。。

上述热载流子注入失效预警电路，通过应力产生模块产生三角波应力电压，通过差分测试模块引出两路电压输出信号，当预警电路处于应力状态时，在三角波应力电压作用下，差分测试模块将加速发生热载流子注入效应，失调电压消除模块处于自消除误差状态，再通过比较模块从输出模块中输出为高电位；当预警电路处于测试状态时，若阈值电压增量未超过预设值时，则输出低电平；若阈值电压增量超过预设值时，则输出高电平；本发明采用通用“过零点”比较模块和失调电压消除模块作为比较电路，解决了传统技术中“阈值门限”不好精确控制以及失调电压不能消除的难题，电路简单易行，可靠度将得到提高，且易于推广应用。

附图说明

图1为本发明热载流子注入失效的预警电路在一实施例中的电路结构示意图。

图2为图1中在应力状态下热载流子注入失效的预警电路的结构示意图。

图3为图1中在测试状态下热载流子注入失效的预警电路的结构示意图。

图4是图1中非重叠时钟信号产生电路图。

图5是图1中比较模块500的电路图。

图6是图1中运算放大器102的电路图。