从传统电路检查到先进可靠性验证的最佳实践

实例：TDDB 检查演示

这种 TDDB 检查采用的是 Calibre® PERC™ 可靠性验证工具。图1显示的是电路包含 PMOS 和 NMOS 薄栅氧化层，它们通过直接和非直接连接为电源域 VDD2 和 VSS2 提供电源。非直接连接可能会贯穿另一个晶体管、二极管、电阻器或其它电路元件，成为设计审核阶段不易察觉的“缺失”路径，特别是当非直接路径贯穿的是设计层级不明显的情况下的其它地方的电路。子电路 (VDD/VSS) 本身的局部电源连接可以在更大规模的设计中看到。还必须对在其它方面已经得到验证的 IP 模块的外部连接进行评估。


图1：采用 Calibre PERC 的 TDDB 检查法：检查的是通过直接和非直接路径到 VDD2/VSS2 的薄栅氧器件。

为确定不安全的薄栅氧器件，设计人员对这个检查方法进行了定义（下面显示的是伪代码）：

    定义设计中的电源域。
    定义哪些电源域对薄栅氧器件是“不安全”的。
    定义薄栅氧MOS器件的类型和衬底类型。检查这些薄栅氧MOS器件中“source”、“drain”、“bulk”到电源域的连接性。
    a.   评估直接和非直接路径。
    b.   把那些连接到“不安全”电源域的薄栅氧MOS标识为错误。

复杂的系统通常存在多个电源域，这就需要通过复杂的设计规则来确定哪些电源域是安全的，以及什么条件下才是安全的。

验证MOS器件的bulk端的连接性对判断一个电路是否容易受到与电源域相关的可靠性问题的影响非常重要。图2显示的是，一个不当的bulk 端的连接是如何因为bulk电压的上升而让 PMOS 栅易受到 NBTI 的影响的。


图2：采用 Calibre PERC 的 TDDB 检查法：一个具有高压路径的薄栅氧 PMOS（型号：pmos_lv）可能会导致 NTBI 。

与现有的可靠性技术相比， Calibre PERC 这样的自动化可靠性验证工具可以保证现在的设计不仅能够被生产出来，而且性能在其整个生命周期中一直很稳定（表1）。

表1.不同的可靠性检查方法之间的对比

项目	Calibre PERC 自动检查法	识别层	人工检查
规则覆盖率	超过90%	30%以下	10%以下
假错	无	很多	一直都有
工具集成	Topology、LVS、DRC、R-extraction	DRC + 手动标识	人工检查
工具质量	Sign-off level	依赖性大	无法评估质量
可编程性	完全可编程	部分可编程	完全不可以
运行时间	分钟	分钟~小时	小时~天数
人为失误	无	有时有	一直都有
用户应用	自动	半自动	手动

运用新技术

我们看到了两种应用方式：自上而下和自下而上。

有了存档、维护和改进可靠性验证方法的集中式自上而下的方法（一般由某个 CAD 或 QA 部门掌握）后，这个部门应当（通过一个公共设计规则平台）在工具中采用新的可靠性检查，并向集成电路设计和验证人员推广配置好的工具。

自下而上的方法通常最初由小的设计小组开始采用这些新工具并结合自身的检查规则来提高他们验证任务的效率和有效性。在他们的成果发布后，会有更多的人需要这项新技术。在某个时间点，CAD 部门会加入进来提供支持，以减轻本地支持负担，并为所有用户提供统一的经验。

结论

集成电路的可靠性验证工作并非易事，但它正迅速变成一项至为关键的能力，能否创建出能够提供长期可靠性的成功集成电路产品便在此一举。为了做好这件事，您必须对这项工作给予明确的关注，并采用你认为最有效的工具。

参考

[1] EDA Tool Working Group, ESD Electronic Design Automation Checks, ESD TR18.0-01-11, 2011

链接

美国静电放电协会：http://www.esda.org/
Reliability Simulation Council：http://www.linkedin.com/groups/R ... uncil-4220058/about
Calibre PERC：http://www.mentor.com/perc

作者介绍

Matthew Hogan 是明导 (Mentor Graphics) 的一名 Calibre 营销工程师，拥有超过十五年的设计和现场经验，擅长处理当今先进设计方面的问题。他是电气与电子工程师协会 (IEEE) 的高级会员，也是美国计算机协会 (ACM) 的会员。他获得了皇家墨尔本理工大学 (Royal Melbourne Institute of Technology) 工程学学士学位，同时还获得了玛丽赫斯特大学 （Marylhurst University） 工商管理学硕士学位。他的电子邮箱地址：matthew_hogan@mentor.com 。