5nm及以下制程的老化問(wèn)題-第二部分
本文就5nm及以下制程的老化問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
監(jiān)視和測(cè)試
行業(yè)方法正在多層次變化。埃森哲全球半導(dǎo)體業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Syed Alam表示:“為了正確評(píng)估芯片的老化程度,制造商依靠了一種稱(chēng)為老化測(cè)試的功能,即對(duì)晶圓進(jìn)行人工老化以對(duì)其進(jìn)行熟化,然后再對(duì)其進(jìn)行可靠性測(cè)試。” 。“熱是芯片老化的主要因素,其使用時(shí)間緊隨其后,尤其是閃存,因?yàn)?a target="_blank">驅(qū)動(dòng)器上只有這么多的可重寫(xiě)空間。”
這仍然是許多人依賴的技術(shù)。Fraunhofer的Lange說(shuō):“ AEC-Q100是汽車(chē)電子的重要標(biāo)準(zhǔn),它包含的多項(xiàng)測(cè)試不能揭示真實(shí)的可靠性信息。” “例如,在高溫工作壽命(HTOL)測(cè)試中,必須對(duì)3×77器件在應(yīng)力前后進(jìn)行1000小時(shí)的功能測(cè)試。即使所有設(shè)備通過(guò)測(cè)試,您也無(wú)法確定它們是否會(huì)在1001小時(shí)后失效,或者使用壽命會(huì)延長(zhǎng)10倍。這些信息只能通過(guò)擴(kuò)展測(cè)試或模擬獲得。”
一個(gè)新興的替代方案是在芯片中內(nèi)置老化傳感器。Arteris IP的Shuler說(shuō):“有些傳感器通常包含一個(gè)定時(shí)環(huán)路,當(dāng)電子繞過(guò)環(huán)路所需的時(shí)間更長(zhǎng)時(shí),它們會(huì)警告您。” “還有一個(gè)稱(chēng)為金絲雀單元的概念,與標(biāo)準(zhǔn)晶體管相比,它們的壽命過(guò)短。這可以告訴您老化正在影響芯片。您要做的是獲取芯片即將失效的預(yù)測(cè)信息。在某些情況下,他們會(huì)從這些傳感器中獲取信息,將其從芯片上拿走,扔進(jìn)大型數(shù)據(jù)庫(kù)中,然后運(yùn)行AI算法來(lái)嘗試進(jìn)行預(yù)測(cè)工作。”
數(shù)據(jù)中心和汽車(chē)等細(xì)分市場(chǎng)要求擴(kuò)展可靠性。Moortec技術(shù)行銷(xiāo)經(jīng)理Richard McPartland表示:“提高可靠性的傳統(tǒng)方法現(xiàn)在已得到新技術(shù)的補(bǔ)充,這些新技術(shù)可在任務(wù)模式下利用芯片監(jiān)視功能來(lái)測(cè)量老化并捕獲整個(gè)芯片壽命內(nèi)的其他關(guān)鍵信息,例如溫度和供應(yīng)狀況,” 這些可用于預(yù)測(cè)性和自適應(yīng)維護(hù),以計(jì)劃的及時(shí)方式更換零件或調(diào)整電源電壓以保持性能。分析功能的啟用將使在任務(wù)模式下從芯片監(jiān)視器中收集的關(guān)鍵信息可用于更廣泛的系統(tǒng),并使從單個(gè)設(shè)備和更多人群中獲得的見(jiàn)解能夠優(yōu)化和擴(kuò)展可靠性。”
額外的3D問(wèn)題
2D,2.5D和3D設(shè)計(jì)中存在許多相同的問(wèn)題,除了散熱問(wèn)題在某些體系結(jié)構(gòu)中可能會(huì)更加嚴(yán)重。但是,可能還存在許多尚未完全理解的新問(wèn)題。“當(dāng)將設(shè)備堆疊在一起時(shí),必須對(duì)它們進(jìn)行背面研磨以使它們變薄,”霍納說(shuō)。“更薄的模具上的應(yīng)力可能是一個(gè)問(wèn)題,需要通過(guò)分析來(lái)理解,研究和解決。您所談?wù)摰氖且粋€(gè)異構(gòu)環(huán)境,其中您可能在堆疊DRAM,而這往往更多是一種特定技術(shù),或者是CPU和GPU,它們可能利用不同的技術(shù)處理節(jié)點(diǎn)。您可能有不同類(lèi)型的TSV或已在此特定硅片中使用的凸塊。他們?nèi)绾位ハ嘤绊懀俊?/p>
這些接口是一個(gè)問(wèn)題。Schaldenbrand說(shuō):“芯片上有壓力,這會(huì)改變器件的特性。” “但是,如果不同的模具加熱到不同的溫度,那么它們接觸的地方將承受很大的機(jī)械應(yīng)力。這是一個(gè)大問(wèn)題,系統(tǒng)互連將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。”
模型和分析
一切都從制造廠開(kāi)始。舒勒說(shuō):“全世界的臺(tái)積電和三星必須開(kāi)始提供這些信息。” “當(dāng)您達(dá)到5nm及以下,甚至7nm時(shí),這些工藝會(huì)有很多可變性,這會(huì)使一切變得更糟。”
Thanikasalam說(shuō):“制造廠對(duì)此感到擔(dān)心,因?yàn)樗麄円庾R(shí)到受到更高電場(chǎng)的器件的降解速度比以前快得多。” “他們開(kāi)始使用適用于設(shè)備老化部分的MOS可靠性和分析解決方案(MOSRA)。最近,我們看到這種趨勢(shì)轉(zhuǎn)向了開(kāi)始使用老化模型的最終客戶。有些客戶只會(huì)使用降級(jí)的模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)行,以便模擬考慮閾值電壓的降級(jí)。”
大批量芯片將需要更廣泛的分析。Thanikasalam補(bǔ)充說(shuō):“對(duì)于大批量生產(chǎn),多重PVT模擬已成為驗(yàn)證這一點(diǎn)的無(wú)用方法。” 每個(gè)人都必須在此級(jí)別上運(yùn)行蒙特卡洛。采用變異模型進(jìn)行蒙特卡洛仿真是5nm及以下工藝的關(guān)鍵。”
需要更多模型。“有更多的模型正在創(chuàng)建和優(yōu)化中,”霍納說(shuō)。“在3D堆疊方面,我們了解有關(guān)電遷移,紅外,熱和功率的問(wèn)題。這些是可以理解和建模的關(guān)鍵事物。對(duì)于機(jī)械方面-甚至我們放置在各層之間的材料及其對(duì)熱量的影響,以及穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)-雖然存在模型,但它們并未得到增強(qiáng),因?yàn)槲覀冞€沒(méi)有看到足夠的模型。”
沙登布蘭德對(duì)此表示贊同。“我們一直在研究模型并對(duì)其進(jìn)行更新,隨著人們意識(shí)到它們,添加了新現(xiàn)象。為高級(jí)節(jié)點(diǎn)做準(zhǔn)備需要進(jìn)行很多更改。對(duì)于標(biāo)稱(chēng)器件,我們可以很好地描述老化,但是過(guò)程變化及其對(duì)可靠性的影響之間的相互作用仍然是一個(gè)研究主題。這是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的主題。”
使用finFET,整個(gè)方法改變了。Thanikasalam說(shuō):“規(guī)則變得如此復(fù)雜,以至于您需要擁有一個(gè)可以真正解釋的規(guī)則,應(yīng)用規(guī)則告訴我們?cè)趦扇旰罂赡艹霈F(xiàn)問(wèn)題的地方。” “ FinFET可以是多閾值器件,因此當(dāng)您在單個(gè)IP中使用整個(gè)閾值電壓域時(shí),我們會(huì)遇到很多問(wèn)題,因?yàn)槊總€(gè)單個(gè)器件都將朝著不同的方向發(fā)展。”
結(jié)論
盡管如此,5nm正在取得進(jìn)展。齋月表示:“最近,我們看到許多代工廠,IDM,無(wú)晶圓廠和IP公司急于尋找解決方案。” “它們涵蓋了廣泛的應(yīng)用和技術(shù)流程。盡管標(biāo)準(zhǔn)的老化模型可以作為新玩家的起點(diǎn),但根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用和技術(shù)流程,可以期望進(jìn)一步定制。在硅集成計(jì)劃(Si2)下,緊湊模型聯(lián)盟(CMC)目前正在開(kāi)發(fā)一種標(biāo)準(zhǔn)的老化模型,以幫助該行業(yè)。在2018年,CMC發(fā)布了第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放模型接口(OMI),它可以使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)OMI接口對(duì)不同的電路模擬器進(jìn)行老化仿真。”
這是重要的一環(huán),但仍有很長(zhǎng)的路要走。“ CMC內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)已經(jīng)開(kāi)始解決其中一些問(wèn)題,”蘭格說(shuō)。“但是在模型復(fù)雜性,特性描述工作,應(yīng)用場(chǎng)景和工具支持方面,還有很多工作要做。”
責(zé)任編輯:tzh
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