MOS电路可靠性 北大上课教材ppt课件.ppt

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1、MOS电路可靠性器件可靠性对电路的影响－很少报道电路可靠性－影响难以预测－实验和表征非常困难器件可靠性电路可靠性紧密相关器件可靠性对电路的影响－反相器－逻辑电路－SRAMS－RF电路－硬击穿－软击穿－特性退化器件可靠性对电路的影响硬击穿定义参数实验测量验证x－>源端，s＝>0x－>漏端，s＝>1硬击穿从栅到沟道出现通道开状态电流增加2个数量级关状态电流增加6个数量级采用RG＝VG/IG表征栅通道与击穿位置相关栅沟道击穿等效电路－VG>0，电子从源漏到栅－VG<0，电子从栅通过衬底到达源漏栅源击穿等效电路硬击穿栅漏

2、击穿等效电路软击穿器件特性变化不大－增加了关态漏电流器件开态－栅电流增大－对薄tox增加的电流量大于表征栅隧穿电流栅电流的变化SBD(1)HBD(2)软击穿器件关态－击穿出现在漏，GIDL会提高5个数量级－栅漏交叠处栅氧化层陷阱俘获电子SBD导致短沟道器件关态电流增加GIDL和SILC的关系GIDL的物理图像软击穿对低W/L的器件－击穿会出现在栅中相当部分区域－跨导下降50%－饱和电流下降30%采用正向和反向转移特性来分析击穿位置反向正向IdsIsd反向正向器件可靠性对电路的影响反相器的影响逻辑电路的影响SRAM

3、存储器反相器件特性变化正电压应力－NMOS退化－地电流增加负电压应力－PMOS退化－VDD电流增加原始特性正电压应力负电压应力IdsnMOSIdspMOS反相器件直流特性变化正电压应力－无法产生好的‘0’电位负电压应力－无法产生好的‘1’电位电压特性逻辑电路击穿未引起太大问题中间单元出现退化情况－节点B负载增加，无法达到最高电位－节点C无法有最小电位－最后单元修正了波形逻辑电路环振电路－经过多次击穿，虽然频率下降，但依然有功能－泄漏电流增加SRAM击穿可以出现在不同的位置－漏端VL漏端的PMOSVR漏端的NMOS

4、－p型源端－n型源端SRAM静态噪声容限，StaticNoiseMargin(SNM)VILVIHVOHVOL蝴蝶图SRAMpMOS源端SBD－VLVRVR(输入)的变化不影响VL(输出)VL(输入)的变化影响VR(输出)PMOS电流能力增强导致曲线右移VR(输出)存在注入电源SRAM静态噪声容限下降－p、n型源端击穿导致曲线不对称变化－p型源端击穿影响不太大，因为NMOS驱动足够大来抵消影响－n型源端击穿影响较大，因为pMOS驱动弱－漏端击穿减少了效率，导致噪声容限下降RF电路模拟电路的指标多－一次击穿能够导致

5、电路不工作器件通常工作在饱和区－热载流子效应增强栅击穿对LNA影响－增益下降5dB(3x)－噪声指数从2dB到3dB－最小反射频率漂移600MHz,且工作点处S11从-27dB到-9dB提高电路可靠性的方法SRAM存储器SRAM改进电路泄漏电流可以显著影响到功耗和性能－WL低电平降到－100mV以减少漏电流－将单元电压调整到VDD－100mV稳定性会下降，可增加面积提高稳定性可靠性和面积之间折中SRAM改进电路大VtLmin无BRC有BRCSRAM改进电路不同单元的读出电流和面积的比较，都满足最低的稳定性要求电路

6、可靠性考虑因素问题对电路的影响增加关态泄漏电流增加功耗电路失效增加栅泄漏电流电路内部负载增加增加上升/下降/延迟时间高速电路的时序问题MOS电路可靠性模拟IC工作可靠性与IC设计相联系在设计阶段验证电路的可靠性能力识别电路中存在的可靠性最弱器件或单元电路位置的能力电路可靠性模拟内在可靠性能力：可靠性提升从工艺阶段进入到设计阶段电路规模的扩大导致可靠性问题的查找会变得非常复杂，需要借助电路可靠性分析技术加快生产周期的要求=>在设计阶段能够考虑到电路的可靠性要求产品成本降低的要求提高产品的竞争力电路可靠性模拟的意义可

7、靠性已是产品设计中至关重要的组成部分，它几乎贯穿于设计的全过程电路可靠性模拟工具自1993年以来，先后出现电路可靠性模拟工具，部分已成为商业软件BERT模拟UCBerkeleyHuCM提出基于SPICE外部计算退化参数可反复计算退化过程可选择不同老化机制灵活设定退化参数可人为更改老化模拟时间BERT模拟首先计算器件退化特征参数AGENMOSFET和器件的外部电压电流相关PMOSFETW－宽度；Hs和ms：工艺相关的常数；Isub：衬底电流；Ids：漏电流；t：应力时间HG,mg:常数；Ig：栅电流BERT模拟再利

8、用器件退化特征参数AGE计算器件电学退化量两种方法注意：AGE为应力时间的函数建立器件参数与AGE的关系实验拟合确定Pi可以为Vt，Vdsat，Rd等参数直接采用AGE来反映ID的变化BERT模拟两种方法模拟结果参数建模法的模拟结果ID建模法的模拟结果两种器件电学退化方法的比较目前多采用ID建模法·优点缺点参数建模法物理意义直观参数很难提取通用性差ID建模法方便、