數字集成電路老化測試技術

呂磊+田云+曹韌樁+尹燕恒

摘 要

隨著大數據時代的悄然而至，集成電路應用的過程中被人們提出了較高要求，為了提升數字集成電路應用的安全性和穩定性，應做好電路老化測試工作，應用先進測試技術提高電路老化測試的準確性。本文首先介紹了電路老化及影響因素，然后分析了具體的測試技術，最后探究了數字集成電路老化測試的結構設計。

【關鍵詞】數字集成 電路老化 測試技術 設計分析

數字集成電路應用的過程中，其應用效果常受電路老化影響，針對老化電路進行技術測試，并根據測試結果優化數字集成電路，提高電路的穩定性，在此期間，所選用的測試技術十分關鍵，適合的測試技術能夠在短時間內準確檢測老化電路，同時，還會降低電路成本。本文針對該論題具體分析，希望能夠起到電路測試借鑒作用。

1 電路老化及影響因素

1.1 基本介紹

數字集成電路長時間應用，極易出現電路老化現象，這不僅會影響電路信號傳輸，而且還會弱化電路性能，與此同時，相關參數也會不同程度的受到影響，用戶用電安全性也會相應降低。現如今，電路老化現象時常發生，導致電路老化的原因相對較多，一旦發現存在電路老化現象，應首先準確判斷，在判斷的基礎上進行故障分析，確保電路老化原因在短時間內被探索，以此提升集成電路的安全性。

1.2 影響因素

首先，電遷移EM因素影響。它主要發生在金屬導線上，即金屬導線的完整性受到破壞后，導線外表面會非規則凸起，這主要受電子沖擊影響，這種影響因素導致的電路老化現象屬于物質傳輸。然后，經時擊穿TDDB因素影響。它主要在晶體管內部形成電路通路，中止晶體管正常運行，硅氧化層極易因能量過多集聚弱化絕緣效果，最終形成電介質擊穿現象。最后，NBTI效應。PMOS管長時間應用后，受負偏置電壓影響，閾值電壓會不同程度的變化，這在一定程度上會加劇電路老化現象。

2 老化測試技術分析

老化電路測試時，常用的技術類型主要有兩種，第一種即預測技術，第二種即檢測技術，這兩種技術類型均存在應用優勢和應用劣勢，具體介紹如下。

2.1 預測技術

這一技術主要實施于老化電路檢測技術之前，預測依據即觀察信號跳變情況，如果預先設置的范圍內出現了信號變化，那么電路老化現象則被證實。應用這一技術預測潛在的老化電路，不僅能夠降低經濟損失，而且還能優化電路性能。預測技術常用于NBTI效應引起的電路老化，針對性的預測不僅能夠制定相應的預防措施，而且還能增強系統安全性，避免系統數據丟失。

2.2 檢測技術

該技術主要用來檢測電路時序，該技術應用的過程中主要整合邏輯電路、對比采樣輸出值，以此分析是否存在電路老化問題。在RFF電路中，應用檢測技術分析電路老化現象的具體流程為：采集輸出信號、對比邏輯值、產生輸出信號、判斷輸出信號、分析電路老化現象。

預測技術的應用成本相對較低，但預測本身基于出現錯誤；檢測技術應用成本相對較高，實際檢測的過程中存在覆蓋不全面、數據狀態破壞等問題。這兩種技術均適用于其他電路，相對比而言，老化預測技術更具有應用價值。

3 數字集成電路老化測試結構設計

3.1 老化失效預測框架

之所以要建立老化失效預測框架，主要是因為電路老化狀態能夠被實時監測，即老化電路信息會直觀顯示，當電路老化現象發生后，那么系統則會在第一時間發出警報，相關工作人員在警報的提示下會全面檢測，避免電路老化損失持續擴大。設計框架的過程中，組成部分主要包括兩方面，第一方面即監控塊，第二方面即觸發器，前者主要是用來檢測是否存在信號跳變現象，后者主要是用來預測、傳遞電路老化信號，以免發生電路方面的經濟損失。老化失效預測框架具有良好的應用前景，相關學者應在這一方面深入探究，大大提高預測框架的應用率。

3.2 穩定校驗電路結構

電路結構校驗的過程中常用穩定校驗器這一裝置，除了這一裝置屬于老化傳感器的組成部分之外，還包括輸出鎖存器、延遲單元兩部分，其中，穩定校驗器能夠完成信號采樣工作；延時單元在保護帶間隔方面起著重要作用，它主要用來產生延時信號；最后一部分的作用即輸出穩定信號，完成信息結果存儲這一工作。老化傳感器實際應用的過程中，首先要獲取時鐘信號，接下來對所獲取的時鐘信號進行反向輸出，待延時時間產生后，則時鐘信號能夠和上述產生的信號完成邏輯運算，最終形成信號檢測區域，針對邏輯電路獲取的信號進行區域檢驗，以此判斷電路老化。預測穩定性檢驗電路實際應用的過程中存在一定問題，其中，延遲單元的應用成本相對較高，并且監測窗口變化多樣；老化效應受結構影響存在差異，個別老化效應具有隱蔽性。

3.3 先前采樣電路結構

電路結構采樣的過程中，應用預測先前采樣電路結構完成采樣任務，這一結構的組成框架主要包括系統觸發器、預采樣觸發器兩部分，兩個觸發器的輸出信號均參加邏輯運算，最終生成信號的信號。由于這兩種觸發器存在相似的老化效應，進而在延遲單元的作用下，極易出現老化路徑隱藏現象，最終影響保護帶的穩定性，預測結果也會失去準確性。應用這一電路結構完成采樣活動時，會不同程度的增加電路使用成本，同時，還會降低保護帶穩定性，監測窗口大小得不到合理控制。

3.4 老化感知觸發器

上述兩種電路失效預測結構實際應用的過程中存在些許不足，這為老化感知觸發器提供了廣闊的應用空間，老化感知觸發器適用于不同類型、不同程度的數字集成電路老化測試工作，并且應用成本相對較低，能夠有效彌補上述介紹的預測結構的不足，并且電路老化的測試準確性相對較高，老化感知觸發器具有較高的應用價值。

4 結論

綜上所述，在了解電路老化及其影響因素的過程中，掌握老化預測技術、老化檢測技術二者間存在的不足，應用老化感知觸發器進行電路老化測試，能夠彌補穩定校驗電路結構以及先前采樣電路結構應用的不足，同時，電路老化預測準確性能夠大大提高。除此之外，相關研究學者應對老化感知觸發器針對性分析，大大提高其在數字集成電路老化測試中的應用率。

參考文獻

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[2]陳光浩，張福洪，徐春暉.一種集成電路老化測試設備的嵌入式系統設計[J].計算機與數字工程，2014，42（05）：891-895.

作者單位

公安部第一研究所 北京市 100048endprint