第39卷 第1期 电 子 科 技 大 学 学 报 Vol.39 No.1

of University of Electronic Science and Technology of China Jan. 2010 2010年1月 Journal

·自动化技术·

电路级栅氧短路故障的动态电流测试分析

姜书艳1，罗 毅1，罗 刚2，谢永乐1

(1. 电子科技大学自动化工程学院 成都 610054; 2. 成都电子机械高等专科学校机械工程系 成都 610031)

【摘要】栅氧短路故障对于集成电路的稳定性有着重要的影响，故障行为会在不产生逻辑错误的情况下导致参数失效。该文使用了一种电路级的故障模型模拟栅氧短路故障，研究了栅氧缺陷对与非门电路的影响，选取了适合于电流测试的测试矢量，对未发生逻辑错误的故障电路的动态电流进行分析。在实验中采用了TSMC 0.18 μm CMOS工艺，仿真结果显示通过分析电源通路上的动态电流可以检测有潜隐性故障的器件。与电压测试方法相比，动态电流测试能更好地对栅氧短路缺陷进行诊断。

关 键 词 故障模型; 缺陷测试; 动态电流测试; 故障模拟

中图分类号 TM93 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2010.01.015

Analysis of Dynamic Supply Current Testing

for Gate Oxide Shorts Circuit Level

JIANG Shu-yan1, LUO Yi1, LUO Gang2, and XIE Yong-le1

(1. School of Automation Engineering, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054;

2. Department of Mechanical Engineering, Chengdu Electromechanical College Chengdu 610031)

Abstract Gate oxide short is one of the key issue to the reliability of integrated circuit (IC), it can result in parametric failure without any logic error. In this paper, the behavior of a CMOS NAND gate with this gate oxide shorts is investigated base on dynamic supply current (IDDT) testing in circuit level. Some appropriate test patterns are selected to simulate and analyze the dynamic supply current of the gate oxide short circuit in TSMC 0.18 μm technology without any logic fault. The simulate results demonstrate that it is possible to detect the defective devices by analyzing the IDDT on the power supply path. Compared with the voltage test, IDDT testing can detect the gate oxide shorts more effectively.

Key words defect model; fault detection; IDDT testing; defect simulation

HBD)。硬击穿电流的增长基本上与时间成指数关在集成电路制造过程中会产生栅极氧化层缺

系，同时也与施加的瞬间电应力成指数关系。在相陷，这种缺陷对电路的集成度和稳定性有着很重要

同的电应力下，栅氧厚度越小将越快地历经这三个的影响。栅氧击穿会导致电路在功能和参数上的失

阶段，最终导致硬击穿，即栅氧短路。在缺陷生成效，产生延迟效应，影响电路的动态特性。栅氧故

期，栅极电流Ig很小，障很难在电路中传播，因此通过功能测试将故障检在这个阶段存在缺陷的晶体管

测出来很困难。而基于电流的测试不需要将故障效不会影响电路的正常工作。处于软击穿阶段时，存应传播到一个观测点，只需依据故障模型进行故障在从栅极到沟道的渗透通道。当栅极电流Ig增大到不模拟，然后测量由供电电源供给的电流。对于故障再低于10 μA时，就进入了硬击穿阶段。文献[1]研究效应的观测就是对电流的度量，因此很适合检测栅的数据表明，典型的软击穿状态存在的时间大约不氧故障。本文应用电流测试的方法检测栅氧的击穿大于40 000 s。 故障，以求发现将会最终导致严重栅氧故障的缺陷

1 故障模型

电路。

文献[2]对于栅氧击穿的测试数据表明，在反相栅氧击穿可以分为三个阶段：缺陷生成、软击

器中，存在栅氧缺陷的NMOS将在输出产生弱的低穿(soft breakdown, SBD)和硬击穿(hard breakdown, 收稿日期： 2008 07 08；修回日期：2009 10 07

基金项目：国家自然科学基金(60971036)；国家863项目(2008AA01Z104)

作者简介：姜书艳(1969 )，女，副教授，主要从事超大规模集成电路(VLSI)测试、电子系统的故障诊断与预测、可信电子系统等方面的研究.

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电平，存在栅氧缺陷的PMOS将在输出产生弱的高电平。等价的电路故障模型取决于晶体管的类型，栅不再与沟道隔离，最终短路。文献[3]对栅氧短路故障进行研究，提出了晶体管栅氧短路即硬击穿阶段的故障模型，以及用于静态电流测试的测试矢量。文献[4]提出了非线性的栅氧短路模型。最近文献[5]提出了新的栅氧缺陷的电路故障模型，如图1所示。

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图1 栅氧缺陷的电路故障模型

该模型的优点在于能更好地描述栅氧缺陷的演变过程，较好地模拟了软击穿过程中元件的特性。检测处于软击穿阶段的元件有助于发现潜在的栅氧缺陷。

的状态将不发生改变，可排除M2对电路的影响。M1由截止状态变为导通状态。电路在达到稳态前形成从电源到M1到M5的对地通道，电源通过该路径对与非门的负载进行充电，使与非门的输出由低电平转变到高电平。在这个过程中，假设M1存在缺陷，则会增加一个从电源经M1至M7到地的路径，对瞬态电流产生影响。可以通过对该电流的特征分析，判断M1处于何种状态和是否存在缺陷。

在输入端施加“01”到“11”的激励 …… 此处隐藏：6228字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……