一种芯片老化状态检测方法及装置与流程

[0001]
本发明涉及芯片检测技术领域，尤其涉及一种芯片老化状态检测方法及装置。


背景技术：

[0002]
芯片老化发生的因素有很多，一般认为的芯片老化主要包括载流子注入(hot-carrier injection，hci)、负偏压温度不稳定性(negative bias temperature instability，nbti)、正偏置温度不稳定(positive bias temperature instability，pbti)等导致的老化现象，该类芯片老化效应或因素直接影响器件的阈值电压(threshold voltage，通常简称为vth)来影响器件产生驱动电流的大小，进而影响整体芯片的性能。
[0003]
发明人在工程实践中发现：还有一种由经时击穿(time dependent dielectric breakdown，英文简称tddb)导致的芯片老化现象与上述芯片老化现象有所不同，tddb效应老化导致器件栅极的漏电流逐渐变大，以致到最后芯片上功率器件完全失去功率开关特性。
[0004]
而传统芯片老化监测方案不适合监测或检测tddb效应导致的芯片老化状态。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本发明实施例提供一种芯片老化状态检测方法及装置，便于检测出tddb效应导致的芯片老化状态。
[0006]
第一方面，本发明实施例提供一种芯片老化状态检测方法，所述方法包括步骤：
[0007]
将芯片上至少一个功率开关器件的输出端接入峰值电流检波电路中；
[0008]
向所述功率开关器件的控制端供电，使电流经由控制端流向所述输出端；
[0009]
利用所述峰值电流检波电路从所述输出端周期性地获取最大漏电流；
[0010]
基于所述最大漏电流确定芯片老化状态。
[0011]
结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，所述基于所述最大漏电流确定芯片老化状态包括：
[0012]
将获取的最大漏电流由模拟量转换成数字量；
[0013]
利用得到的数字量量化表征芯片老化状态。
[0014]
结合第一方面、第一方面的第一或第二种实施方式，在第一方面的第三种实施方式中，所述基于所述最大漏电流确定芯片老化状态包括：
[0015]
将所述最大漏电流转换为预定脉宽的脉冲信号；
[0016]
将所述脉冲信号转换成数字量；
[0017]
利用得到的所述数字量量化表征芯片老化状态。
[0018]
结合第一方面的第一至第三任一种实施方式，在第一方面的第四种实施方式中，所述功率开关器件控制端的供电电压与芯片的工作电压一致。
[0019]
第二方面，本发明实施例提供一种芯片老化状态检测装置，包括：比较电路、峰值电流检波电路及供电电源；
[0020]
所述供电电源配置为连接功率开关器件的控制端，用于为所述功率开关器件供电；
[0021]
所述峰值电流检波电路配置为接入芯片上至少一个功率开关器件的输出端，用于周期性地获取流过所述功率开关器件的最大漏电流；
[0022]
所述比较电路配置为与所述峰值电流检波电路电连接，用于接收峰值电流检波电路周期性发送的所述最大漏电流，并基于所述最大漏电流确定芯片老化状态。
[0023]
结合第二方面，在第二方面的第一种实施方式中，所述比较电路输入端设有模数转换模块，所述模数转换模块用于将获取的最大漏电流由模拟量转换成数字量，输出至所述比较电路；
[0024]
所述比较电路，具体用于利用得到的数字量量化表征芯片老化状态。
[0025]
结合第二方面的第一或第二种实施方式，在第二方面的第三种实施方式中，还包括电流定时转换模块，所述电流定时转换模块的输入端与所述峰值电流检波电路输出端连接，所述电流定时转换模块的输出端与所述模数转换模块输入端连接；
[0026]
所述电流定时转换模块，用于将所述最大漏电流转换为预定脉宽的脉冲信号，输入至所述模数转换模块；
[0027]
所述模数转换模块，用于将所述脉冲信号转换成数字量；
[0028]
所述比较电路，用于利用得到的所述数字量量化表征芯片老化状态。
[0029]
结合第二方面的第一至第三任一种实施方式，在第二方面的第四种实施方式中，所述功率开关器件控制端的供电电压与芯片的工作电压一致。
[0030]
本发明实施例提供的芯片老化状态检测方法及装置，通过将芯片上至少一个功率开关器件的输出端接入峰值电流检波电路中；向所述功率开关器件的控制端供电，使电流经由控制端流向所述输出端；利用所述峰值电流检波电路从所述输出端周期性地获取最大漏电流；基于所述最大漏电流确定芯片老化状态。由于功率开关器件漏电流的大小能够反映出芯片的老化状态，因此，本方案便于检测出tddb效应导致的芯片老化状态。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0032]
图1为本发明芯片老化状态检测方法一实施例流程图；
[0033]
图2为本发明芯片老化状态检测方法另一实施例流程图；
[0034]
图3为本发明芯片老化状态检测方法又一实施例流程图
[0035]
图4为本发明一实施例芯片老化状态检测装置电路框图；
[0036]
图5为图4中芯片老化状态检测装置应用示意图；
[0037]
图6为本发明又一实施例芯片老化状态检测装置应用示意图；
[0038]
图7为本发明再一芯片老化状态检测装置应用示意图。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0040]
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
本发明实施例提供的芯片老化状态检测方法及装置，适用于芯片老化测试及监测场合；例如，出厂前芯片测试、使用过程中芯片监测等。特别适用于tddb效应导致的芯片老化状态的检测。
[0042]
实施例一
[0043]
参看图1及图2所示，本实施例提供的芯片老化状态检测方法，包括步骤：
[0044]
110、将芯片上至少一个功率开关器件的输出端接入峰值电流检波电路中。
[0045]
本实施例中，芯片上集成了很多的功率开关器件，所述功率开关器件例如为mos(metal oxide semiconductor)管，功率开关器件的老化或好坏状态在一定程度上反映或决定了芯片的性能及状态。因此，一般通过检测功率开关器件的状态来确定芯片的老化程度。为了便于叙述及帮助读者理解，以下以功率开关器件为mos管进行说明。
[0046]
mos管具有栅极(gate，简称g极)、源极(source，简称s极)及漏极(drain，简称d极)，其中，栅极一般为控制端，源极和漏极为输出端，流经mos管的漏电流由栅极流向源极或漏极。在连接设备时，栅极直接或间接连接供电电源，用于为mos管导通提供门电压，将源极和漏极与峰值电流检波电路输入端连接。
[0047]
根据工程实践发现，pmos管的tddb效应发生要比nmos管的tddb效应发生时间高至少一个数量级。即，nmos的状态相比而言更容易受到tddb影响。因此，本实施例的检测方法更适合用于检测或监测nmos的状态。
[0048]
所述峰值电流检波电路(peak current detector，简称pcd)可以直接用峰值电流检波器代替，峰值电流检波器即俗称的检波器或峰值检波器，其用于周期性地获取波动信号中有用信息，并识别波、振荡或信号的存在或变化。
[0049]
120、向所述功率开关器件的控制端供电，使电流经由控制端流向所述输出端。
[0050]
如前所述，向mos管栅极提供导通所需的门电压，使mos管中有电流流过。在测试时，可以在mos管栅极到供电电源之间设置开关驱动控制电路，这样，每次需要检测的时候，通过开关驱动控制电路驱动mos管导通即可，省去每次连接供电电源的操作步骤，便于简化检测工序。
[0051]
130、利用所述峰值电流检波电路从所述输出端周期性地获取最大漏电流。
[0052]
本实施例中，在功率开关器件与检测所需的装置连接好之后，开始进入测试模式，其中，test_en＝1是测试模式，test_en＝0是压迫模式(即未测试状态)。峰值电流检波电路用于周期性地捕获在测试期间经由功率开关器件所产生的最大漏电流，并输出。
[0053]
140、基于所述最大漏电流确定芯片老化状态。
[0054]
本实施例中，可以通过逻辑控制电路实现，也可以通过处理器(central processing unit/processor)、单片机等实现。
[0055]
具体实现方式可以为：预先设置标准电流值，将捕获的最大漏电流与所述标准电流值进行比较，以确定芯片老化程度。
[0056]
具体地，还可以根据比较结果，将老化程度量化表示。
[0057]
本发明实施例提供的芯片老化状态检测方法，通过将芯片上至少一个功率开关器件的输出端接入峰值电流检波电路中；向所述功率开关器件的控制端供电，使电流经由控制端流向所述输出端；利用所述峰值电流检波电路从所述输出端周期性地获取最大漏电流；基于所述最大漏电流可以确定出芯片老化状态。
[0058]
由于功率开关器件漏电流的大小能够反映出芯片的老化状态，因此，本方案便于检测出tddb效应导致的芯片老化状态。
[0059]
参看图2所示，在一些实施例中，步骤140、基于所述最大漏电流确定芯片老化状态包括步骤：
[0060]
141a、将获取的最大漏电流由模拟量转换成数字量。
[0061]
本实施例中，可以通过模数转换器实现。
[0062]
142a、利用得到的数字量量化表征芯片老化状态。
[0063]
本实施例中，通过将最大漏电流由模拟量转换成数字量，以得到的数字量可以量化表征芯片老化程度。由于实现了量化表征芯片老化程度，工程技术人员可以根据老化程度来决定芯片的进一步处理。例如，丢弃或修复、及继续使用。
[0064]
参看图3所示，在另一些实施例中，步骤140、基于所述最大漏电流确定芯片老化状态包括：141b将所述最大漏电流转换为预定脉宽的脉冲信号；可以通过电流定时转换器(current to time converter，c2t)将最大漏电流转换为具有一定脉宽的脉冲信号。
[0065]
142b、将所述脉冲信号转换成数字量；143b、利用得到的所述数字量量化表征芯片老化状态。
[0066]
脉冲信号转换成数字量可以由模数转换器实现，如果监测最大漏电流几乎为0，则转换输出的脉冲信号的脉宽几乎为0，输出0，以表征没有tddb效应导致的老化发生。如果最大的漏电流值超过了标准电流值，则转换输出宽度大于0的脉冲信号，输出大于0的数字，以表征tddb效应导致的老化程度。其中，漏电流越大脉冲信号宽度越大，功率开关器件老化程度越大，相应的芯片的性能受影响就越大。
[0067]
为了保证功率开关器件测试结果能够较为真实地表征芯片的老化状态，在测试时，所述功率开关器件控制端的供电电压与芯片的工作电压一致。
[0068]
另外，针对在背景技术中描述的载流子注入(hot-carrier injection，hci)、负偏压温度不稳定性(negative bias temperature instability，nbti)、正偏置温度不稳定(positive bias temperature instability，pbti)等导致的老化现象，所提出的传统老化监控电路大多基于某些振荡器的频率变化，但是tddb效应的老化对振荡器频率的影响是非线性的，因此，传统方法不太适合监控tddb老化现象。
[0069]
根据前面描述，本方案提供的芯片老化状态检测方法，通过测量功率开关器件的栅极最大漏电流，然后根据最大漏电流强度与标准电流进行比较，来判断tddb效应导致芯片老化的程度，可以较为方便且准确地检测及量化表征出芯片的老化状态。
[0070]
实施例二
[0071]
图4为本发明芯片老化状态检测装置一实施例电路框图；图5为本发明芯片老化状态检测装置一实施例应用示意图。参看图1、图4及图5所示，本发明实施例提供的芯片老化状态检测装置，包括比较电路、峰值电流检波电路及供电电源。
[0072]
所述供电电源配置为连接功率开关器件的控制端，用于为所述功率开关器件供电。
[0073]
其中，所述供电电源的供电电压与芯片的工作电压一致。
[0074]
所述峰值电流检波电路配置为接入芯片上至少一个功率开关器件的输出端，用于周期性地获取流过所述功率开关器件的最大漏电流。
[0075]
所述比较电路配置为与所述峰值电流检波电路电连接，用于接收峰值电流检波电路周期性发送的所述最大漏电流，并基于所述最大漏电流确定芯片老化状态。
[0076]
所述峰值电流检波电路可以直接采用峰值检波器。所述比较电路可以采用比较器，用于比较输入的一个信号是否高于某一给定值，本实施例中是用于比较最大漏电流与标准电流值。
[0077]
参看图2及图6所示，在一些实施例中，所述比较电路输入端设有模数转换模块，所述模数转换模块用于将获取的最大漏电流由模拟量转换成数字量，输出至所述比较电路。
[0078]
所述比较电路，具体用于利用得到的数字量量化表征芯片老化状态。
[0079]
可以理解的是，模数转换模块与比较器有时候会集成于一个装置中，形成具有比较器和模数转换模块的装置，例如具有比较器功能的模数转换器；当然也可以为具有模数转换功能的比较器。
[0080]
参看图3及图7所示，在一些实施例中，所述装置还包括电流定时转换模块，所述电流定时转换模块的输入端与所述峰值电流检波电路输出端连接，所述电流定时转换模块的输出端与所述模数转换模块输入端连接；
[0081]
所述电流定时转换模块，用于将所述最大漏电流转换为预定脉宽的脉冲信号，输入至所述模数转换模块；
[0082]
所述模数转换模块，用于将所述脉冲信号转换成数字量，输出至比较电路中。
[0083]
所述比较电路，用于利用得到的所述数字量量化表征芯片老化状态。
[0084]
实施例一所述的检测方法，可以但不限于由本发明实施例提供的芯片老化状态检测装置实现，本发明实施例提供的芯片老化状态检测装置，连接于芯片上至少一个功率开关器件，通过检测流经功率开关器件的最大漏电流，基于该最大漏电流可以方便地量化确定芯片老化状态。
[0085]
因此，本检测装置便于检测出tddb效应导致的芯片老化状态。
[0086]
需要说明的是，本实施例的方案与实施例一具有相应的特定技术特征，其具体技术方案与技术效果与实施例一类似，区别在于，实施例一的检测方法可以由包括但不限于本实施例所提供的硬件实施。
[0087]
对于本发明提供的各实施例而言，其技术方案与技术效果基本相同，相关之处可以相互参见。
[0088]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除
在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0089]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0090]
为了描述的方便，描述以上芯片老化状态检测装置是以功能分为各种功能单元/电路/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0091]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。