Circuito on-chip para a caracterização em alta escala do efeito de Bias Temperature Instability

Abstract

O trabalho propõe um circuito para caracterização estatística do fenômeno Bias Temperature Instability (BTI). O circuito tem como base uma matriz de transistores para caracterização eficiente em larga escala de BTI. O design proposto visa o estudo da variabilidade de BTI dependente do tempo em dispositivos altamente miniaturizados. Para tanto se necessita medir centenas de dispositivos, a fim de se obter uma amostra estatisticamente significante. Uma vez que variações nos tempos de estresse e medida dos dispositivos podem gerar erros no processo de caracterização, o circuito implementa em chip (on-chip) o controle dos tempos de estresse e de medida, para que ocorra uma caracterização estatística precisa. O circuito de controle implementado faz com que todos dispositivos testados tenham os mesmos tempos de estresse e os mesmos tempos de recuperação (relaxamento). Desta forma, o circuito proposto melhora significantemente tanto a área utilizada quanto o tempo de medida, quando comparado a alternativas anteriormente implementadas. O leiaute do circuito foi realizado no novo nó tecnológico de 28 nanômetros do IMEC.

This work proposes an array-based evaluation circuit for efficient and massively parallel characterization of Bias Temperature Instability (BTI). This design is highly efficient when studying the BTI time-dependent variability in deeply-scaled devices, where hundreds of devices should be electrically characterized in order to obtain a statistically significant sample size. The circuit controls stress and measurement times for accurate statistical characterization, making sure all the devices characterized have the same stress and recovery times. It significantly improves both area and measurement time. The circuit layout is laid out in the new 28nm node IMEC technology.