5nm及以下制程的老化問題-第二部分

本文就5nm及以下制程的老化問題進行進一步說明。

監視和測試

行業方法正在多層次變化。埃森哲全球半導體業務負責人Syed Alam表示：“為了正確評估芯片的老化程度，制造商依靠了一種稱為老化測試的功能，即對晶圓進行人工老化以對其進行熟化，然后再對其進行可靠性測試?！?。“熱是芯片老化的主要因素，其使用時間緊隨其后，尤其是閃存，因為驅動器上只有這么多的可重寫空間?！?/p>

這仍然是許多人依賴的技術。Fraunhofer的Lange說：“ AEC-Q100是汽車電子的重要標準，它包含的多項測試不能揭示真實的可靠性信息?！?“例如，在高溫工作壽命（HTOL）測試中，必須對3×77器件在應力前后進行1000小時的功能測試。即使所有設備通過測試，您也無法確定它們是否會在1001小時后失效，或者使用壽命會延長10倍。這些信息只能通過擴展測試或模擬獲得?！?/p>

一個新興的替代方案是在芯片中內置老化傳感器。Arteris IP的Shuler說：“有些傳感器通常包含一個定時環路，當電子繞過環路所需的時間更長時，它們會警告您。” “還有一個稱為金絲雀單元的概念，與標準晶體管相比，它們的壽命過短。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測信息。在某些情況下，他們會從這些傳感器中獲取信息，將其從芯片上拿走，扔進大型數據庫中，然后運行AI算法來嘗試進行預測工作。”

數據中心和汽車等細分市場要求擴展可靠性。Moortec技術行銷經理Richard McPartland表示：“提高可靠性的傳統方法現在已得到新技術的補充，這些新技術可在任務模式下利用芯片監視功能來測量老化并捕獲整個芯片壽命內的其他關鍵信息，例如溫度和供應狀況，” 這些可用于預測性和自適應維護，以計劃的及時方式更換零件或調整電源電壓以保持性能。分析功能的啟用將使在任務模式下從芯片監視器中收集的關鍵信息可用于更廣泛的系統，并使從單個設備和更多人群中獲得的見解能夠優化和擴展可靠性?！?/p>

額外的3D問題

2D，2.5D和3D設計中存在許多相同的問題，除了散熱問題在某些體系結構中可能會更加嚴重。但是，可能還存在許多尚未完全理解的新問題?！爱攲⒃O備堆疊在一起時，必須對它們進行背面研磨以使它們變薄，”霍納說?！案〉哪＞呱系膽赡苁且粋€問題，需要通過分析來理解，研究和解決。您所談論的是一個異構環境，其中您可能在堆疊DRAM，而這往往更多是一種特定技術，或者是CPU和GPU，它們可能利用不同的技術處理節點。您可能有不同類型的TSV或已在此特定硅片中使用的凸塊。他們如何互相影響？”

這些接口是一個問題。Schaldenbrand說：“芯片上有壓力，這會改變器件的特性?！?“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械應力。這是一個大問題，系統互連將是一個巨大的挑戰。”

模型和分析

一切都從制造廠開始。舒勒說：“全世界的臺積電和三星必須開始提供這些信息?！?“當您達到5nm及以下，甚至7nm時，這些工藝會有很多可變性，這會使一切變得更糟?！?/p>

Thanikasalam說：“制造廠對此感到擔心，因為他們意識到受到更高電場的器件的降解速度比以前快得多。” “他們開始使用適用于設備老化部分的MOS可靠性和分析解決方案（MOSRA）。最近，我們看到這種趨勢轉向了開始使用老化模型的最終客戶。有些客戶只會使用降級的模型進行簡單的運行，以便模擬考慮閾值電壓的降級?！?/p>

大批量芯片將需要更廣泛的分析。Thanikasalam補充說：“對于大批量生產，多重PVT模擬已成為驗證這一點的無用方法?！?每個人都必須在此級別上運行蒙特卡洛。采用變異模型進行蒙特卡洛仿真是5nm及以下工藝的關鍵?！?/p>

需要更多模型。“有更多的模型正在創建和優化中，”霍納說?！霸?D堆疊方面，我們了解有關電遷移，紅外，熱和功率的問題。這些是可以理解和建模的關鍵事物。對于機械方面-甚至我們放置在各層之間的材料及其對熱量的影響，以及穩定性結構-雖然存在模型，但它們并未得到增強，因為我們還沒有看到足夠的模型?！?/p>

沙登布蘭德對此表示贊同?！拔覀円恢痹谘芯磕Ｐ筒ζ溥M行更新，隨著人們意識到它們，添加了新現象。為高級節點做準備需要進行很多更改。對于標稱器件，我們可以很好地描述老化，但是過程變化及其對可靠性的影響之間的相互作用仍然是一個研究主題。這是一個非常具有挑戰性的主題。”

使用finFET，整個方法改變了。Thanikasalam說：“規則變得如此復雜，以至于您需要擁有一個可以真正解釋的規則，應用規則告訴我們在兩三年后可能出現問題的地方。” “ FinFET可以是多閾值器件，因此當您在單個IP中使用整個閾值電壓域時，我們會遇到很多問題，因為每個單個器件都將朝著不同的方向發展。”

結論

盡管如此，5nm正在取得進展。齋月表示：“最近，我們看到許多代工廠，IDM，無晶圓廠和IP公司急于尋找解決方案?！?“它們涵蓋了廣泛的應用和技術流程。盡管標準的老化模型可以作為新玩家的起點，但根據目標應用和技術流程，可以期望進一步定制。在硅集成計劃（Si2）下，緊湊模型聯盟（CMC）目前正在開發一種標準的老化模型，以幫助該行業。在2018年，CMC發布了第一個標準開放模型接口（OMI），它可以使用統一的標準OMI接口對不同的電路模擬器進行老化仿真?！?/p>

這是重要的一環，但仍有很長的路要走。“ CMC內的標準化活動已經開始解決其中一些問題，”蘭格說?！暗窃谀Ｐ蛷碗s性，特性描述工作，應用場景和工具支持方面，還有很多工作要做?！?br /> 責任編輯：tzh