[发明专利]晶载可靠性监测器及方法

说明书

所揭示的是一种晶载可靠性监测器及方法。监测器包括具有测试装置的测试电路、具有参考装置的参考电路及比较器电路。监测器周期性地从应力模式操作切换到测试模式操作，并且再切换回来。在各应力模式期间，测试装置经受对晶载功能装置的操作条件进行仿真的应力条件，同时参考装置维持实质未受应力。在各测试模式期间，比较器电路将测试装置的参数与参考装置的相同参数作比较，并且基于该等参数之间的差异来输出状态信号。当状态信号将值切换时，其为功能装置已经受预定电源接通小时数的指示符。供选择地，可将多个监测器串接在一起，以随着时间更准确地监测应力诱发型变化。

本申请是申请号为201910063350.5，申请日为2019年1月23日，发明名称为“晶载可靠性监测器及方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及装置可靠性，并且更尤指晶载(on-chip)可靠性监测器及方法。

背景技术

与并入集成电路(IC)芯片的不同类别装置相关联的各种机制(例如：热载子注射、时间相依性介电崩溃、负偏倚温度不稳定性(negative-bias temperature instability，NBTI)、正偏倚温度不稳定性(positive-bias temperature instability，PBTI)等)会由于应力条件(例如：高温及/或高电压)而造成芯片效能随着时间衰减。一般而言，为了预测给定半导体技术中的IC芯片将如何随着时间、及回应于高应力条件而表现，该给定半导体技术中可用的所有装置于晶片级或模组级在实验室环境中、及/或在测试系统环境中经受加速电压及/或温度应力测试。接着，基于加速应力测试的结果，产生效能衰减模型及寿命终止(end of life，EOL)预测。一般而言，为了监测IC芯片的可靠性，将电源接通小时(power-on hours，POH)监测器用于追踪芯片电源接通的时间量，并且将POH数与寿命终止预测作比较。不幸的是，与用于施作效能衰减模型及寿命终止预测的所选产品样本相关联的环境假设可能与其它产品中的实际环境条件不同。举例而言，IC芯片的操作温度、操作电压、电源接通小时(POH)等可能因产品而异。因此，所得效能衰减模型及EOL预测可能并非所有产品都适用。在这种情况下，单独追踪POH可能导致芯片在所预测EOL(以POH为测量单位)前失效，或替代地，可能导致芯片太早报废。

发明内容

鉴于前述，本文中揭示晶载可靠性监测器及可靠性监测方法。可靠性监测器可包括具有测试装置的测试电路、具有参考装置的参考电路、及连接至测试电路与参考电路的比较器电路。可靠性监测器可在应力及测试模式下交替操作，并且具体而言，可周期性地从应力模式下操作切换到测试模式下操作并且再切换回来。在各应力模式期间，测试装置可经受对晶载功能装置的操作条件进行仿真的应力条件，同时参考装置维持实质未受应力。在各测试模式期间，可将应力条件从测试装置移除，以及比较器电路可将测试装置的参数与参考装置的相同参数作比较，并且可基于该等参数之间的差异来输出状态信号。具体而言，当该等参数之间的差异达到预定阈值量时，比较器电路可将状态信号从一个值切换到另一个值，并且可确保状态信号一旦切换便维持恒定。应注意的是，当已知所论参数回应于寿命开始的所施应力以较高速率改变、并且回应于朝寿命结束的所施应力以较低速率改变时、以及当该参数中的小差值难以检测时，可将多个可靠性监测器串接在一起，以便更准确地监测寿命终止附近的应力诱发型变化，下面有更详细的描述。