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Integrierte
Schaltungen werden einem relativ komplizierten Entwurfsprozeß unterworfen.
Da die Vermarktungszeit für
viele integrierte Schaltungen kurz sein kann, können viele integrierte Schaltungen
das erste Mal, wenn sie gebaut werden einen Funktionsbetrieb erfordern.
Folglich kann es sein, daß die
beim Entwerfen integrierter Schaltungen verwendeten Hilfsmittel
innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums eine genaue Schaltungssimulation
durchführen
müssen.
Ferner führen
Entwurfshilfsmittel auf Schaltungsebene, z.B. SPICE, eventuell an
jedem Knoten einer Schaltung Knotenanalysen durch. Die durch Schaltungsebene-Hilfsmittel durchgeführten Knotenanalysen
beinhalten oft komplexe Matrix-Berechnungen,
die genaue Simulationsinformationen liefern, aufgrund der Komplexität der Matrix-Berechnungen
kann eine Schaltungsebene-Analyse jedoch zu zeitaufwendig sein.
Im Rahmen von Bemühungen,
die Simulationszeit zu verringern, können auch Nicht-Matrix-Berechnungen
eingesetzt werden, wobei die Nicht-Matrix-Berechnungen Annäherungen
bezüglich
eines Schaltungsverhaltens vornehmen können. Obwohl bei Verwendung
von Nicht-Matrix-Berechnungen die Simulationszeit erhöht werden
kann, kann die Genauigkeit dieser Berechnungen sinken. Schaltungsentwerfer
können
diese verringerte Genauigkeit kompensieren, indem sie Schaltungen
auf Spannen entwerfen, die größer sind
als die tatsächliche
Schaltungsleistungsfähigkeit,
wodurch integrierte Schaltungen im Rahmen strengerer Entwurfsbeschränkungen
entworfen werden als eventuell nötig
ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren mit
verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch
1 oder 20 gelöst.
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Es
werden Verfahren zum Berechnen der mit einer Vorrichtung gekoppelten
Spannungsmenge offenbart. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren
folgende Schritte umfassen: Identifizieren eines Leiters, der mit
einem Bauelement gekoppelt ist, Extrahieren von Informationen, die
sich auf die Beziehung zwischen dem mit dem Bauelement gekoppelten
Leiter und benachbarten Leitern beziehen, Extrahieren von Informationen,
die sich auf Signale beziehen, die in den benachbarten Leitern vorliegen,
Partitionieren der Signalinformationen in Phasen, Berechnen einer
Spannung, die während
jeder Phase des partitionierten Signals in dem mit dem Bauelement
gekoppelten Leiter induziert ist, Berechnen einer Durchschnittsspannung,
die in dem mit dem Bauelement gekoppelten Leiter induziert ist,
und Markieren des Bauelements mit einem Flag, falls die induzierte
Durchschnittsspannung über
einer vorbestimmten Schwelle liegt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein exemplarisches System;
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2 exemplarische Signale;
und
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3 ein exemplarisches Verfahren
zum Berechnen der in einer Vorrichtung induzierten Spannung und
ihrer langfristigen Zuverlässigkeit.
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In
der gesamten folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen werden
bestimmte Begriffe verwendet, um auf bestimmte Systemkomponenten
Bezug zu nehmen. Wie Fachleute erkennen werden, bezeichnen Unternehmen
eine Komponente vielleicht mit unterschiedlichen Namen. Dieses Dokument
beabsichtigt nicht, zwischen Komponenten zu unterscheiden, die sich
in bezug auf ihre Namen, jedoch nicht in bezug auf ihre Funktion
voneinander unterscheiden. In der folgenden Erörterung und in den Patentansprüchen werden
die Begriffe „umfassen" und „aufweisen" auf offene Weise
verwendet und sollten somit in der Bedeutung „umfassen, sind jedoch nicht
beschränkt
auf" interpretiert
werden. Ferner soll der Begriff „koppeln" oder „koppelt" entweder eine indirekte oder eine direkte
elektrische Verbindung bedeuten. Wenn also eine erste Vorrichtung
mit einer zweiten Vorrichtung gekoppelt ist, kann diese Verbindung
durch eine direkte elektrische Verbindung oder durch eine indirekte
elektrische Verbindung über
andere Vorrichtungen und Verbindungen erfolgen.
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1 veranschaulicht ein System 10,
das Leiter 12–18 umfaßt. Das
System 10 kann ein Bestandteil einer elektronischen Schaltung
sein, die unter Verwendung von Halbleiter-Herstellungstechniken auf einem einzigen
Chip integriert ist. Obwohl die folgende Erläuterung auf integrierte Schaltungen
gerichtet ist, bezieht sich die folgende Erläuterung gleichermaßen auf
Systeme mit diskreten Komponenten. Die Leiter 12–18 können mit
verschiedenen elektrischen Bauelementen in der integrierten Schaltung
gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Transistor 20 mit
dem Leiter 15 gekoppelt sein. Ferner können andere elektrische Bauelemente (nicht
gezeigt), z.B. Kondensatoren, Induktoren, Dioden und Widerstände, mit
den Leitern 12–18 gekoppelt sein.
Allgemein werden Leiter in dem System 10 so nahe beieinander
wie möglich
hergestellt, so daß die
integrierte Schaltung eng mit elektrischen Bauelementen bestückt werden
kann. Folglich können
die Leiter 12–18 durch
sehr kleine Abstände
getrennt sein.
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Die
Leiter 12, 14, 16 und 18 können ferner
verschiedene Signale (z.B. Taktungssignale) zu Bereichen innerhalb
der integrierten Schaltung führen.
Aufgrund des Umschaltens der durch die Leiter 12, 14, 16 und 18 geführten Signale
und aufgrund der unmittelbaren Nähe
der Leiter 12–18 kann
eine Spannung kapazitiv in den Leiter 15 gekoppelt werden.
Beispielsweise kann zwischen dem Leiter 16 und dem Leiter 15 infolge
ihrer physischen Nähe,
die in 1 veranschaulicht
ist, eine effektive Kapazität 21 existieren.
Ferner kann die durch den Kondensator 21 in den Leiter 15 gekoppelte
Spannungsmenge auf der Grundlage des Signals in dem Leiter 16 variieren.
Desgleichen können
auch die Leiter 12, 14 und 18 Spannung
in den Leiter 15 koppeln. Der kumulative Kopplungseffekt
von den Leitern 12, 14, 16 und 18 in
dem Leiter 15 kann zu beträchtlichen Spannungsschwankungen
in dem Leiter 15 führen,
was wiederum zu einem Bauelement-Ausfall
von Bauelementen, die mit dem Leiter 15 gekoppelt sind,
beispielsweise des Transistors 20, führen kann.
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Die
Leiter 12, 14, 16 und 18 können exemplarische
Signale CLK, CLK/2, CLK/4 bzw. CLK/8 umfassen, wie in 2 veranschaulicht ist. Wie
veranschaulicht ist, kann CLK eine vorbestimmte Frequenz aufweisen, und
CLK/2, CLK/4 und CLK/8 können
Frequenzen aufweisen, die Vielfache der vorbestimmten Frequenz von CLK
sind. Beispielsweise kann CLK eine Frequenz von 1 GHz aufweisen,
so daß CLK/2
eine Frequenz von 500 MHz, CLK/4 eine Frequenz von 250 MHz und CLK/8
eine Frequenz von 125 MHz aufweisen. Der Umfang der Signalkopplung
von den Leitern 12, 14, 16 und 18 in
den Leiter 15 kann auf die Frequenzen von CLK, CLK/2, CLK/4
bzw. CLK/8 bezogen sein. Gemäß manchen
Ausführungsbeispielen
kann der Frequenzbeitrag benachbarter Leiter (d.h. der Leiter 12, 14, 16 und 18)
verwendet werden, um die Möglichkeit
eines Ausfalls der mit dem Leiter 15 gekoppelten Bauelemente
zu bestimmen. Auf diese Weise können
die Zuverlässigkeit jedes
elektrischen Bauelements an einer integrierten Schaltung bestimmt
und die langfristige Zuverlässigkeit der
integrierten Schaltung geschätzt
werden.
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3 stellt ein exemplarisches
Verfahren 49 zum Bestimmen der langfristigen Zuverlässigkeit
einer integrierten Schaltung als Funktion der Kopplungsspannung
dar. Obwohl das Verfahren 49 unten unter Bezugnahme auf 1 und 2 er klärt wird, gilt die Offenbarung
auch für
andere Systeme. Die in den Leiter 15 gekoppelte Gesamtspannung
kann bestimmt werden, indem ein Kopplungsbeitrag, der auf die benachbarten
Leiter 12, 14, 16 und 18 zurückzuführen ist,
berechnet wird und indem der Kopplungsbeitrag jedes Leiters 12, 14, 16 und 18 auf
der Basis des Verhaltens des Signals in jedem Leiter zu verschiedenen
Zeitpunkten gewichtet wird. Beispielsweise kann der Kopplungsbeitrag
in dem Leiter 15 infolge des Leiters 16 auf den
Wert des Kondensators 21 bezogen sein. Da dieser Kopplungsbeitrag
von dem Signal in dem Leiter 16 abhängen kann, kann aus dem Verhalten
von CLK/4 zu verschiedenen Zeitpunkten ein Gewichtungsfaktor bestimmt
werden.
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Bei
Block 50 können
das Bauelement 20 und sein Leiter 15 für eine Analyse
identifiziert werden. Die benachbarten Leiter 12, 14, 16 und 18,
die Spannung in den Leiter 15 koppeln, können ebenfalls
bei Block 50 identifiziert werden. Wie oben beschrieben
wurde, kann die in den Leiter 15 eingekoppelte Spannungsmenge einen
Kopplungsbeitrag (z.B. eine effektive Kapazität), der auf die Nähe der benachbarten
Leiter zurückzuführen ist,
sowie einen Gewichtungsbeitrag, der auf CLK, CLK/2, CLK/4 und CLK/8
zurückzuführen ist,
umfassen. Beim Analysieren der Zuverlässigkeit des Transistors 20 können dementsprechend
die Entwurfsdaten untersucht werden, und Informationen, die sich
auf den Kopplungsbeitrag beziehen, sowie Informationen, die sich auf
den Gewichtungsbeitrag beziehen, können, wie bei Block 52 angegeben
ist, aus den Entwurfsdaten extrahiert werden.
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Unter
Verwendung der bei Block 52 extrahierten Informationen
kann der Kopplungsbeitrag, der auf jeden Leiter zurückzuführen ist,
per Block 54 bestimmt werden. Der Kopplungsbeitrag für jedes
Signal kann auf die Kapazität
zwischen den Leitern bezogen sein. Beispielsweise können die
Entwurfsdaten Informationen bezüglich
der Beabstandung d zwischen benachbarten Leitern, bezüglich des
Bereichs A, den die Leiter gemeinsam haben, und bezüglich der
Dielektrizi tätskonstante ε des Materials
zwischen den Leitern umfassen. Auf diese Weise kann die effektive
Kapazität
gemäß Gleichung
1 berechnet werden.
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Ferner
können
die bei Block 52 extrahierten Informationen verwendet werden,
um die Signale CLK, CLK/2, CLK/4 und CLK/8 zu teilen bzw. zu partitionieren,
wie bei Block 56 angegeben ist. Ein Partitionieren der Signale
kann ein Bestimmen dessen, welches der Signale die kleinste Periode
aufweist, und ein Partitionieren der Signale gemäß dieser Periode beinhalten.
Wie beispielsweise in 2 veranschaulicht
ist, weist CLK die kleinste Periode und CLK/8 die längste Periode
auf, weshalb die Signale in Phasen ϕ0–ϕ7 partitioniert werden, wobei die Größe jeder
Phase durch die Größe der kleinsten
Periode bestimmt wird. Der bei Block 54 bestimmte Kopplungsbeitrag
kann während ϕ0 berechnet und anschließend während der Phasen ϕ1–ϕ7 extrapoliert werden.
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Der
Umfang des Koppelns zwischen benachbarten Leitern kann ebenfalls
mit der Frequenz variieren. Dieser Frequenzeffekt kann berücksichtigt
werden, indem auf der Grundlage des Schaltens der Signale CLK, CLK/2,
CLK/4 und CLK/8 während
jeder Phase ϕ0–ϕ7 ein
Gewichtungsfaktor zugewiesen wird, wie bei Block 58 angegeben
ist. Der Gewichtungsfaktor kann sich auf das Umschalten, das den
verschiedenen Signalen zugeordnet ist, beziehen. Wie in 2 veranschaulicht ist, kann
eine 1 nach oben gerichteten Übergängen (d.h. Übergängen von
niedrig zu hoch) zugeordnet sein, eine 0 kann Nicht-Übergang-Ereignissen (d.h. einem
Signal, das kontinuierlich hoch oder kontinuierlich niedrig ist)
zugeordnet sein, und ein variabler Gewichtungsfaktor α kann Ereignissen
eines nach unten gerichteten Übergangs
(d.h. Übergängen von
hoch zu niedrig) zugeordnet sein. Der variable Gewichtungsfaktor α kann gesperrt
und auf 0 eingestellt sein, oder er kann freigegeben und auf einen
gewissen vorbestimmten Wert ein gestellt sein. Der freigegebene Wert
von α ist
allgemein negativ, da α einem
nach unten gerichteten Übergang
entspricht. Die Standardeinstellung für α ist gesperrt. 2 veranschaulicht die Gewichtungsfaktoren,
die den Signalen während ϕ0 und ϕ1 zugewiesen
werden können.
Die Tabelle 1 zeigt Gewichtungsfaktoren, die den Signalen für alle in 2 veranschaulichten Phasen zugewiesen
werden können.
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Gleichung
2 kann verwendet werden, um "Kopplungsereignisse" oder die Gesamtspannung V -koppeln,i, die infolge der verschiedenen
Kopplungsbeiträge
und der verschiedenen Gewichtungsfaktoren während jeder Phase ϕi in den Leiter 15 eingekoppelt
ist, zu berechnen. Die Gewichtungsfaktoren, die den verschiedenen Übergängen für die Signale
CLK, CLK/2, CLK/4 und CLK/8 zugeordnet sind, sind in der Gleichung
2 durch χ dargestellt.
Der Kopplungsbeitrag zwischen dem Leiter 15 und den Leitern 12, 14, 16 und 18 ist
in der Gleichung 2 durch φj, φk, φl bzw. φm dargestellt.
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Block 60 entspricht
der Bestimmung des Kopplungsereignisses für jede Phase der Tabelle 1
durch Gleichung 2.
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Die
Kopplungsanalyse des Blocks 60 kann anschließend verwendet
werden, um die langfristige Zuverlässigkeit des bei Block 50 identifizierten
Bauelements zu bewerten. Manche Ausführungsbeispiele können eine
Bestimmung eines Durchschnittswerts von V -koppeln für jedes
Bauelement infolge der mehreren Kopplungsereignisse (d.h. der Kopplungsereignisse,
die den Phasen ϕ0-ϕ7, zugeordnet sind) umfassen. Die Gleichung
3 kann verwendet werden, um einen Durchschnittswert von V -koppeln für
jedes Bauelement infolge der mehreren Kopplungsereignisse N, verschiedener
Herstellungsparameter sowie verschiedener Schaltungsparameter zu berechnen.
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Bei
Gleichung 3 bezieht sich N auf die Anzahl von Kopplungsereignissen.
Falls beispielsweise 8 Phasen vorliegen, wie in 2 veranschaulicht ist, kann für jede Phase
ein Kopplungsereignis vorliegen, und N ist gleich 8. β ist ein
Begriff, der sich auf den Gewinn des Bauelements bezieht und kann
je nach dem charakterisierten Bauelement-Typ variieren. Beispielsweise
können
MOSFET-Bauelemente Werte für β aufweisen, die
sich zwischen 0,5 und 1,5 bewegen, wobei ein MOSFET vom N-Typ einen
anderen Wert aufweisen kann als ein MOSFET vom P-Typ. Der Skalierungsfaktor "a" in Gleichung 3 kann der Fläche, dem
Gewinn β und
der Temperatur des Bauelements zugeordnet sein. Der tatsächliche
Wert von "a" kann je nach dem
Bauelement-Typ, d.h. MOSFET vom N-Typ gegenüber MOSFET vom P-Typ, variieren,
wobei MOSFET-Bauelemente Werte
für "a" aufweisen können, die ein Potenzgesetz-Verhalten
für ihre
Zeit-Bis-Zum-Durchbruch aufweisen, wie bei "Experimental Evidence of TBD Power-Law
for Voltage Dependence of Oxide Breakdown in Ultrathin Gate Oxides" von Wu et al. beschrieben
ist. KP ist ein Begriff, der sich auf die
Mobilität
des Bauelements bezieht und je nach dem verwendeten Bauelement-Typ
variieren kann. Bei spielsweise kann ein MOSFET vom N-Typ einen KP-Wert aufweisen, der bei Raumtemperatur
gleich etwa 53 ist, wohingegen ein MOSFET vom P-Typ einen KP-Wert aufweisen kann, der bei Raumtemperatur
gleich etwa 40 ist. Ferner ist Vdd in Gleichung
3 ein Schaltungsparameter, der sich auf die dem Bauelement bereitgestellte
maximale Spannung bezieht.
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Wenn
der Durchschnittswert von V -koppeln bestimmt
ist, kann die Wirkung, die V -koppeln auf verschiedene Bauelemente
hat, studiert werden. Beispielsweise kann der Transistor 20 ein
Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) vom N-Typ sein, wie in 1 veranschaulicht ist, wobei
die Gate-Region des Transistors 20 ein dielektrisches Material
umfaßt.
Spannungen, die mit der Gate-Region des Transistors 20 gekoppelt
sind, können
bewirken, daß die
Integrität
des Gate-Dielektrikums mit der Zeit versagt, was zu einem Kurzschluß zwischen
dem Gate und dem Kanal des Transistors 20 führt. Die
Herstellungseinrichtung kann TDDB-Richtlinien (TDDB = Time Dependent
Dielectric Breakdown, zeitabhängiger
dielektrischer Durchbruch) liefern, die Spannungsschwellen für die verschiedenen
Bauelemente in dem System angeben. Bauelemente, die Spannungen über der
TDDB-Schwelle erfahren, können
mit der Zeit versagen. Dementsprechend kann der Durchschnitts-Wert
von V -koppeln mit der TDDB-Schwelle verglichen
werden, wie durch Block 64 angegeben ist. Falls der bei
Block 62 berechnete Wert von V -koppeln größer ist
als die TDDB-Schwelle, kann das Bauelement durch Block 66 mit
einem Flag markiert werden. Alternativ dazu ist, falls der bei Block 62 berechnete
Wert von V -koppeln geringer ist als die TDDB-Schwelle,
ein Markieren des Bauelements mit einem Flag eventuell nicht erforderlich, wie
durch Block 68 angegeben ist.
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Die
obige Erläuterung
soll die Prinzipien und verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
veranschaulichen. Fachleute werden zahlreiche Variationen und Modifikationen
erkennen, nachdem die obige Offenbarung vollständig verstanden wird. Obwohl
vier Leiter gezeigt wurden, die ein Rauschen in den Leiter 15 einkoppeln,
sind auch mehr oder weniger Leiter möglich. Obwohl in der vorstehenden
Erläuterung MOSFET-Bauelemente
verwendet wurden, gilt diese Erörterung
gleichermaßen
für jegliches
Bauelement, das den Nachteil eines TDDB aufweisen kann, beispielsweise
Kondensatoren. Es ist beabsichtigt, daß die folgenden Patentansprüche so interpretiert
werden sollen, daß sie
alle derartigen Variationen und Modifikationen umfassen.