专利名称：一种电迁移失效的剩余寿命预测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及MOS器件的寿命预测领域，特别是涉及一种电迁移失效的剩余寿命预测方法和装置。
背景技术：
随着现代电子技术的飞速发展，金属氧化物半导体(Metal OxideSemiconductor,M0S)器件的尺寸己进入纳米量级，其金属互连在整个集成电路芯片中所占的面积越来越大。金属互连线的电迁移失效问题已成为制约大规模集成电路技术发展的瓶颈。电迁移现象是金属互连线中的金属原子受到运动的电子作用引起的物质输运现象，表现为空洞或小丘，导致电阻值的线性增加而发生失效，严重影响集成电路的寿命。影响金属互连线电迁移的因素十分复杂，包括工作电流聚集、焦耳热、温度梯度、晶粒结构、晶粒取向、界面组织、应 力梯度、合金成分、互连尺寸及形状等。尤其，在较高的电流密度作用下，金属互连线中的金属原子将会沿着电子运动方向更容易发生电迁移现象。目前，MOS器件的可靠性预测和保障主要通过两种途径来实现第一，对MOS器件开展可靠性寿命试验，预计器件的可靠性寿命；第二，对已发生失效的MOS器件进行失效分析，确定其失效模式和失效机理，在此基础上提出改进措施。但是，对于第一种途径，MOS器件可靠性寿命是根据简单应力条件下的可靠性寿命试验数据计算所得，可靠性试验中并未涉及产品的实际工作状态和工作环境，而实际使用情况中，MOS器件处于一个多种应力综合作用的复杂工作环境条件下，因此传统的寿命预计往往和实际相差很大，可靠性不高；并且，这种MOS器件可靠性预测耗资大、需要定期测试，试验周期长；对于第二种途径，对已失效器件的失效分析是一种事后诊断技术，对于失效模式和失效机理已非常明确的器件来说，不管从经济角度还是从技术角度都不是一种最佳的方法。

发明内容
本发明目的在于提出一种电迁移失效的剩余寿命预测方法和装置，可以提高预测MOS器件电迁移失效的剩余寿命的可靠性，提高预测效率高，降低成本。采用的方案是一种电迁移失效的剩余寿命预测方法，包括步骤建立MOS器件的电迁移寿命模型；根据预设的正常工作条件下的电流密度和第一环境温度，以及所述电迁移寿命模型，获取正常电迁移失效的寿命Tl ；根据目标预兆点T2和第二环境温度，以及所述电迁移寿命模型，获取电流密度应力；将所述电流密度应力输入基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路；
若所述基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路经过时间T3后输出高电平，则根据所述Tl、所述T2以及所述T3，获取对应所述T2的电迁移失效的剩余寿命。以及，一种电迁移失效的剩余寿命预测装置，包括模型建立单兀，用于建立MOS器件的电迁移寿命模型；第一获取单元，用于根据预设的正常工作条件下的电流密度和第一环境温度，以及所述电迁移寿命模型，获取正常电迁移失效 的寿命Tl ；第二获取单元，用于根据目标预兆点T2和第二环境温度，以及所述电迁移寿命模型，获取电流密度应力；电流输入单元，用于将所述电流密度应力输入基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路；第三获取单元，用于若所述基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路经过时间T3后输出高电平，则根据所述Tl、所述T2以及所述T3，获取对应所述T2的电迁移失效的剩余寿命。本发明以当前MOS器件的使用状态为起点，结合产品的实际工作状态和工作环境，对MOS器件未来任务段内可能出现的电迁移失效进行预测，特别在失效发生前，对器件的剩余寿命进行定量评估，以便及时在故障发生之前更换即将失效的MOS器件，保证可靠性。本发明不需要进行定期测试，以获得电迁移失效的剩余寿命，可以减少因定期测试而引起的费用上升，提高测试效率。


图I为本发明方法的一个实施例流程图；图2为基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路的一个结构示意图；图3为本发明装置的一个结构示意图。
具体实施例方式本发明提出一种电迁移失效的剩余寿命预测方法，参考图1，包括步骤SI、建立MOS器件的电迁移寿命模型；S2、根据预设的正常工作条件下的电流密度和第一环境温度，以及电迁移寿命模型，获取正常电迁移失效的寿命Tl ；S3、根据目标预兆点T2和第二环境温度，以及电迁移寿命模型，获取电流密度应力；S4、将电流密度应力输入基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路；S5、若基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路经过时间T3后输出高电平，则根据Tl、T2以及T3，获取对应T2的电迁移失效的剩余寿命。本发明以当前MOS器件的使用状态为起点，结合产品的实际工作状态和工作环境，对MOS器件未来任务段内可能出现的电迁移失效进行预测，特别在失效发生前，对器件的剩余寿命进行定量评估，以便及时在故障发生之前更换即将失效的MOS器件，保证可靠性。本发明不需要进行定期测试，以获得电迁移失效的剩余寿命，可以减少因定期测试而引起的费用上升，提高测试效率。
具体的，本发明包括以下步骤—、建立MOS器件的电迀移寿命模型；本实施例中，加速电迀移失效的寿命模型可由Black方程表示为如下式(I)所示
权利要求
1.一种电迁移失效的剩余寿命预测方法，其特征在于，包括步骤 建立MOS器件的电迁移寿命模型； 根据预设的正常工作条件下的电流密度和第一环境温度，以及所述电迁移寿命模型，获取正常电迁移失效的寿命Tl ； 根据目标预兆点T2和第二环境温度，以及所述电迁移寿命模型，获取电流密度应力； 将所述电流密度应力输入基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路； 若所述基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路经过时间T3后输出高电平， 则根据所述Tl、所述T2以及所述T3，获取对应所述T2的电迁移失效的剩余寿命。
2.根据权利要求I所述的电迁移失效的剩余寿命预测方法，其特征在于， 所述根据预设的正常工作条件下的电流密度和第一环境温度，以及结合所述电迁移寿命模型，获取正常电迁移失效的寿命Tl的步骤具体为 根据MOS器件的电迁移寿命模型获得工作条件下的MOS器件的电迁移寿命模型； 根据工作条件下的MOS器件的电迁移寿命模型获得参数确定的MOS器件的电迁移寿命模型
3.根据权利要求2所述的电迁移失效的剩余寿命预测方法，其特征在于， 所述根据目标预兆点Τ2和第二环境温度，以及结合所述电迁移寿命模型，获取电流密度应力的步骤具体为 根据目标预兆点Τ2、第二环境温度以及所述参数确定的MOS器件的电迁移寿命模型，获得电流密度应力。
4.根据权要求I至3任一项所述的电迁移失效的剩余寿命预测方法，其特征在于， 所述根据Tl、所述Τ2以及所述Τ3，获取对应所述目标预兆点的电迁移失效的剩余寿命的步骤具体为 利用公式
5.一种电迁移失效的剩余寿命预测装置，其特征在于，包括 模型建立单兀，用于建立MOS器件的电迁移寿命模型； 第一获取单元，用于根据预设的正常工作条件下的电流密度和第一环境温度，以及所述电迁移寿命模型，获取正常电迁移失效的寿命Tl ； 第二获取单元，用于根据目标预兆点T2和第二环境温度，以及所述电迁移寿命模型，获取电流密度应力； 电流输入单元，用于将所述电流密度应力输入基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路； 第三获取单元，用于若所述基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路经过时间T3后输出高电平，则根据所述Tl、所述T2以及所述T3，获取对应所述T2的电迁移失效的剩余寿命。
6.根据权利要求5所述的电迁移失效的剩余寿命预测装置，其特征在于， 所述第一获取单元根据MOS器件的电迁移寿命模型获得工作条件下的MOS器件的电迁移寿命模型； 根据工作条件下的MOS器件的电迁移寿命模型获得参数确定的MOS器件的电迁移寿命模型
7.根据权利要求6所述的电迁移失效的剩余寿命预测装置，其特征在于， 所述第二获取单元根据目标预兆点Τ2、第二环境温度以及所述参数确定的MOS器件的电迁移寿命模型，获得电流密度应力。
8.根据权要求5至7任一项所述的电迁移失效的剩余寿命预测装置，其特征在于， 所述第三获取单元利用公式F = ^-l]xF3获取对应所述目标预兆点的电迁移失效的剩余寿命；其中，T为对应所述目标预兆点的电迁移失效的剩余寿命。
全文摘要
本发明提出一种电迁移失效的剩余寿命预测方法，包括步骤建立MOS器件的电迁移寿命模型；根据预设的正常工作条件下的电流密度和第一环境温度，以及电迁移寿命模型，获取正常电迁移失效的寿命T1；根据目标预兆点T2和第二环境温度，以及电迁移寿命模型，获取电流密度应力；将电流密度应力输入基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路；若基于预兆单元的MOS器件电迁移失效预警电路经过时间T3后输出高电平，则根据T1、T2以及T3，获取对应T2的电迁移失效的剩余寿命。本发明还提出一种电迁移失效的剩余寿命预测装置，可以提高预测MOS器件电迁移失效剩余寿命的可靠性，提高预测效率，降低成本。
文档编号G01R31/26GK102955121SQ20121042477
公开日2013年3月6日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者陈义强, 恩云飞, 章晓文, 黄云, 陆裕东 申请人:工业和信息化部电子第五研究所