用于测量依赖于时间的电介质击穿的系统和方法技术方案

公开了根据一个实施例的集成电路，其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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
因此，本专利技术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。在本专利技术的另一实施例中，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。本专利技术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。附图说明本专利技术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示出了根据本专利技术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。图2A和图2B示出了根据本专利技术的一个实施例的用于测量依赖于时间的电介质击穿(TDDB)的系统的示例性实现的框图。图2C和图2D示出了根据本专利技术的另一实施例的用于测量依赖于时间的电介质击穿(TDDB)的系统的示例性实现的框图。图3示出了根据本专利技术的一个实施例的测量依赖于时间的电介质击穿(TDDB)的方法的步骤的流程图。具体实施例方式现在详细参考本专利技术的实施例，在附图中说明了本专利技术的实施例的示例。当结合这些实施例描述本专利技术时，应该理解其并非旨在将本专利技术限制为这些实施例。相反，本专利技术旨在涵盖可以包括在所附权利要求书所限定的本专利技术范围之内的各种备选、修改和等价。此外，在本专利技术的以下详细描述中，为了提供对本专利技术的全面理解而阐述了众多的特定细节。然而，应该理解可以在不具有这些特定细节的情况下实施本专利技术。在其他实例中，为了防止不必要地使得本专利技术的各方面变得模糊，没有详细描述公知的方法、程序、元件和电路。参考图1，示出了根据本专利技术的一个实施例的用于测量集成电路110中的依赖于时间的电介质击穿(TDDB)的系统的框图。如在图1中描述的，用于测量TDDB的系统包括第一环形振荡器模块120、第一受测器件(DUT)模块130、第二环形振荡器模块140、第二DUT模块150和比较器模块160。第一DUT模块130可以耦合到第一环形振荡器模块120。第二DUT模块150可以耦合到第二环形振荡器模块140。比较器模块160可以耦合到第一环形振荡器模块120和第二环形振荡器模块140，从而可以比较第一环形振荡器模块120和第二环形振荡器模块140的操作频率。在第一模式(例如，正常操作模式)中，第一环形振荡器模块120和第二环形振荡器模块140被禁用，从而不生成相应的振荡器信号。在第一状态期间，可对第一DUT模块130(例如，受到应力的模块)进行偏置，从而可以对电介质层(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极氧化物)施加应力。对第一DUT模块130的电介质层施加应力引起依赖于时间的电介质击穿(TDDB)。可以对第二DUT模块150(例如，参考模块)进行偏置，从而不对栅极绝缘体施加应力。在延长的时间周期上，第二DUT模块150的电介质层因为没有应力而不会经受TDDB。应该明白，TDDB导致第一DUT模块130的电介质层上的漏电流增大。因此，对于施加到DUT模块130、150的固定电压，第一DUT模块130的漏电流将随着时间而增大。第二DUT模块150的漏电流将保持基本恒定。在第二模式(例如，测试模式)中，第一环形振荡器模块120和第二环形振荡器模块140被启用。因此，每个环形振荡器模块120、140都生成周期信号，该周期信号的频率是由对应的DUT模块130、150提供的栅极漏电流的函数。更具体地，第一环形振荡器模块120生成具有第一操作频率的振荡器信号，该第一操作频率是由第一DUT模块130提供的栅极漏电流的函数。如上所述，在正常操作模式期间，由第一DUT模块130提供的栅极漏电流将随着时间而增大。因此，第一环形振荡器模块120的操作频率将随着时间而增大。第二环形振荡器模块140生成具有第二操作频率的振荡器信号，该第二操作频率是由第二DUT模块150提供的栅极漏电流的函数。如上所述，由第二DUT模块150提供的栅极漏电流将随着时间保持基本恒定。因此，第二环形振荡器模块140的操作频率将随着时间保持基本恒定。在第二模式期间，比较器160比较第一环形振荡器模块120与第二环形振荡器模块140的操作频率。在下述公开中描述了比较器160的各种实施例由Shingo Suzuki在2003年11月12日提交的标题为“A device 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 L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路，包括：第一受测器件模块，其中在第一模式期间对第一电介质层施加应力，引起依赖于时间的电介质击穿；第二受测器件模块，其中在所述第一模式期间，维持第二电介质层作为参考；第一环形振荡器模块，其耦合到所述第一受测器件模块并且用于在第二模式期间生成第一振荡器信号，其中所述第一振荡器信号的操作频率是包括所述第一电介质层的第一结构的栅极漏电流的函数；以及第二环形振荡器模块，其耦合到所述第二受测器件模块并且用于在所述第二模式期间生成第二振荡器信号，其中所述第二振荡器信号的操作频率是包括所述第二电介质层的第二结构的栅极漏电流的函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木信吾，
申请(专利权)人：知识风险基金有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]