[发明专利]基于NBTI效应PMOS管参数退化的失效预警装置

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及基于NBTI效应PMOS管参数退化的失效预警装置。

背景技术

现阶段，高性能CMOS集成电路已经广泛应用于各种电子系统中，而作为其构成基础的MOS管性能参数的稳定性对集成电路性能起着至关重要的作用，即使MOS管性能指标的轻微漂移就会导致集成电路性能的严重退化。随着工艺尺寸的减小，集成电路的电源电压不断降低会导致相应的电流密度和芯片局部温度不断升高；而栅氧化层进一步变薄会导致器件内部电场增大，这两方面因素会加剧PMOS管的负偏压温度不稳定性，造成器件寿命的严重下降。

NBTI效应(Negative Bias Temperature Instabilit，负偏置温度不稳定性)指的是在高温和负栅压偏置应力下的PMOS管的退化效应，它导致了阈值电压的漂移、漏极饱和电流和跨导的下降。NBTI效应是由于硅氧化层界面的Si-H键解离引起的，并且这种效应PMOS比NMOS表现的更为严重。在PMOS器件中，反型层中的空穴能够隧穿到氧化层，与Si-H键发生相互作用，并使Si-H键的键合强度减弱。当受到热激发或是其它扰动因素时，Si-H键很容易断裂，并释放出H原子，从而导致Si悬挂键界面陷阱。界面陷阱的数量与游离出去的H原子数量相等，且与MOS管的栅源电压和氧化层电场成强函数关系。因为阈值电压漂移△Vth与界面陷阱数量成正比，所以NBTI效应影响的程度取决于PMOS管承受应力的强度和时间。

一些高性能集成电路在使用过程中由于NBTI效应的影响性能会严重下降，而在超深亚微米工艺中，很多集成电路厂商为了降低NBTI效应的影响，只能通过牺牲电路性能来保证芯片的寿命。目前对NBTI效应的研究主要集中在集成电路性能退化方面，而对PMOS管在线监测、预警以及对集成电路敏感部分的补偿研究相对较少，难以保证高性能集成电路的稳定性。

发明内容

基于此，有必要针对目前尚无一种装置能够PMOS管参数退化进行失效预警的问题，提供一种基于NBTI效应PMOS管参数退化的失效预警装置，以实现对PMOS管参数退化失效预警，确保高性能集成电路的稳定性。

一种基于NBTI效应PMOS管参数退化的失效预警装置，包括依次连接的负偏压电荷泵电路、参数监测电路、信号处理电路以及信号锁存输出电路，其中，所述参数监测电路中内置有标准PMOS管以及连接待失效预警PMOS管的接口，所述接口包括源极接口、漏极接口以及栅极接口；

所述负偏压电荷泵电路产生-VDD到0V连续可调的负偏压，并输出-VDD到0V连续可调的负偏压至所述参数监测电路，所述参数监测电路施加-VDD到0V连续可调的负偏压至所述待失效预警PMOS管的接口，施加VDD电压至所述标准PMOS管，所述参数监测电路监测标准PMOS管的阈值电压和待失效预警PMOS管的阈值电压，并输出标准PMOS管的阈值电压和待失效预警PMOS管的阈值电压至所述信号处理电路，所述信号处理电路对标准PMOS管的阈值电压和待失效预警PMOS管的阈值电压进行处理，生成模拟信号，并输出所述模拟信号至所述信号锁存输出电路，所述信号锁存输出电路将所述模拟信号与第一参考电压比较，生成预警信号。

本发明基于NBTI效应PMOS管参数退化的失效预警装置，包括依次连接的负偏压电荷泵电路、参数监测电路、信号处理电路以及信号锁存输出电路，其中，所述参数监测电路中内置有标准PMOS管以及连接待失效预警PMOS管的接口，所述接口包括源极接口、漏极接口以及栅极接口，负荷电荷泵电路输出-VDD到0V连续可调的负偏压至参数监测电路，参数监测电路将-VDD到0V连续可调的负偏压施加至待失效预警PMOS管，施加VDD电压至标准PMOS管，待失效预警PMOS管加速退化，输出两者阈值电压至信号处理电路，信号处理电路对两个阈值电压进行处理生成模拟信号输出至信号锁存输出电路，信号锁存输出电路将模拟信号与第一参考电压比较，生成预警信号，实现对失效预警PMOS管的参数退化失效预警，确保高性能集成电路的稳定性。

附图说明

图1为本发明基于NBTI效应PMOS管参数退化的失效预警装置第一个实施例的结构示意图；

图2为本发明基于NBTI效应PMOS管参数退化的失效预警装置第二个实施例的电路原理示意图。

具体实施方式