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몬테 카를로 기반의 공정 변이를 고려한 노화 분석 방법

Monte-Carlo Based Process Variation-Aware Aging Analysis Method

  • 정주희 (일반대학원 컴퓨터공학과)

초록/요약

CMOS 기술이 발전함에 따라 공정 변이에 대한 고려의 중요성은 나날이 증가하고 있으며, 또한 노화 현상이라는 새로운 문제점을 가져왔다. 본 논문에서는 회로의 신뢰성을 위해 몬테 카를로 기반의 공정 변이를 고려한 노화 분석 방법을 제안하였다. 우선 공정 변이가 hot carrier injection(HCI)와 negative bias temperature instability(NBTI)와 같은 노화 현상에 미치는 영향을 분석하였고, 주성분 분석법과 독립 성분 분석법이 포함된 몬테 카를로 기반의 트랜지스터 레벨 시뮬레이션을 사용하여 공정 변이와 노화 현상 간의 상관 관계를 고려해 주었다. 제안된 방법은 16nm 공정에서 Inverter, NAND, NOR 게이트를 사용하여 검증되었고 공정 변이로는 초기 문턱 전압, 산화막 두께, 채널 길이 및 너비를 고려하였다. 공정 변이를 고려한 노화 현상(HCI와 NBTI)에 영향을 받은 문턱 전압의 분포는 정규 분포가 아닌 비정규 분포로 나타남을 볼 수 있었다. 또한 공정 변이와 노화 현상 간의 상관 관계를 무시한 기존의 방법에 비해 본 논문에서 제안한 주성분 분석법이 정확도를 2% 증가시켰으며, 비정규의 특성을 반영할 수 있는 독립 성분 분석법이 주성분 분석법에 비해 노화 현상에 의한 long-tail 특성을 더 잘 반영함을 볼 수 있었다.

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초록/요약

As CMOS technology scales, process variations and aging effects have become a major issue for circuit reliability. In this thesis, we proposed Monte-Carlo based process variation aware aging analysis method. We analyzed the effects of process variations on aging effects such as hot carrier injection(HCI) and negative bias temperature instability(NBTI). Using Monte-Carlo based transistor？level simulations including principal component analysis(PCA) and independent component analysis(ICA), the correlations between process variations and aging effects are considered. The proposed method conducted on Inverter, NAND and NOR gates in 16nm process. For process variations, we considered initial threshold voltage, oxide thickness, channel length, and width. The process variation aware threshold voltage distribution that is affected by aging effects is non-Gaussian distribution. The accuracy of analysis using the PCA is improved 2% compared to other methods in which the correlations are ignored. The aging analysis using the ICA for non-Gaussian parameters well reflects the long-tail characteristics by aging effects compared to the PCA

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