过程变化和老化

半导体工程坐下来讨论设计可靠性和电路老化,若昂Geada的解释,首席技术专家半导体业务单元有限元分析软件;Hany Elhak、产品管理总监、模拟和描述定制IC和PCB组节奏;Christoph Sohrmann先进物理验证弗劳恩霍夫东亚峰会;和Naseer汗,负责销售的副总裁Moortec。以下是摘录的讨论。

唐森,若昂Geada的解释,Christoph Sohrmann Hany Elhak Naseer汗

SE:有流程变化之间的相关性和衰老吗?

Elhak:是的。如果你用相同的晶体管应用相同的压力,也许年龄不同从一个到另一个示例。今天的帐龄分析不考虑。蒙特卡罗分析,考虑了过程变异,不老化。今天设计师做一个或其他独立运行,然后他们对如何结合做出假设。例如,如果你看看V晶体管的阈值,它可能是,例如,-0.43伏特。我们运行和帐龄分析显示50毫伏更高,这意味着V阈值增加了50毫伏。这意味着现在你需要应用50毫伏打开晶体管。这就是你从老化分析- V,我多阈值是50毫伏。现在你会做蒙特卡罗分析,你就会说,“好吧,你知道,实际上V阈值是-0.43,它是有一个范围。 There is a distribution around that depending on process variation, and this distribution has a sigma of .0045 for example.’ But look at it in this graph, it’s that much. There is a spread. V threshold should can be anywhere in that range. Now, I should assume — and that’s what every designer does — that after aging, I have 50 millivolts more and I have the same distribution around it. That’s what people do today. The reality, if you actually take into account aging and Monte Carlo together, this experiment here shows that the spread now is three times as much. And as we have discussed, designers do margining to take that into account. So I made margin for 2X.

SE:不是还说这不是真的marginable吗?

Elhak:是的,它不是marginable因为现在我可以余地2 x。

Geada的解释:你必须能够测量它,解决它。

Sohrmann:我们甚至看到了相反的效果,分布西格玛实际上是下降的。衰老,但您的发行版的宽度缩小在老化,所以你可以缩小分布老化。

Geada的解释:这是极其的知识。

Elhak这将从一个过程到另一个不同。

Geada的解释:人们喜欢的原因之一FD-SOI是因为它有一个稍微不同的行为方式。

SE:所以我每次做一个芯片,我需要等待我的测试芯片回到了解衰老和变异是特定情况下?

Elhak:你可以模拟。

Geada的解释:这也取决于你在过程的早期。

Elhak:如果你是早期在这个过程中,你没有这些测试,你不准备好老化模型和特征。所以你可能需要等待测试芯片。一旦你已经衰老模型为一个特定的流程节点提取模型,说,“对于这些压力,这就是我的V阈值和流动性将会改变,“然后你可以运行老化模拟我们讨论过。你新鲜的模拟运行,应用压力,然后使用老化模型改变每个晶体管的参数根据压力。

Sohrmann:我们有一个问题,当我们使用行业。我们所做的完全一样的方法,但这不是完全接受。人们说‘这是有趣的,你可以显示在一个设备。我想看到它在我的整个设计。我想整个设计时代。然后我想有硅相关性。“我们进入一个真正的问题。我们一直在说,你不能等待十年。你必须加快老化。你如何描述的退化。你施加一个压力,你的压力。 Then you can shorten the time to failure, and then you try to extrapolate it back to the normal operating condition. You can do this with a single device, which you can over-stress, but even if you start to have current narrows or things like this, you cannot over-stress them indefinitely. So if you have a really complex system and your customer wants to see silicon correlation on the system, how do you do that? You can ramp up temperature, but you cannot ramp up the voltage. So how do you accelerate the stress in the system? That’s something we are confronted with. We’ve been asked if it actually still works if you go from a transistor to a million-gate design. Is it possible to extrapolate?

Geada的解释:这是物理学在某些情况下可以帮助的地方。例如,即使我们我们从28/16/10/7nm,等等,一些物理的部分是相同的。主要是相同的金属得到了或多或少相同的层。这里有一些变化,偶尔,然后突然之间我们要学习的东西。但我们知道金属的电应力的行为,例如。我们知道这些行为的high-k电介质在压力下,一些物理是已知的。铸造模型所做的部分是应用这些物理略新的几何,他们正在做,还有一个原因我们继续这些美好的过程。但是有一定的历史,我们可以借用前几代,和有一些假设,铸造。他们预测,不测量。他们真的不知道。 But they’re going to assume that we’re using approximately the same metals, even though they’re slightly smaller this time. The electric fields are stronger, but we’re going to assume that the same physics from before apply.

Sohrmann:但是当地温度变化,例如?你可以当地的热点。你在这个局部热点得到不同的老化。

Geada的解释:尤其是finFETs,自热行为,从最早的finFETs我们有一些历史。这是我最担忧的一部分。我们正在部分我们没有历史铸造在建模方面。我们有仿真技术。如果我们有高度的模型,详细的东西,以及大规模中东西站在我们这一边。我们的确需要,但我们极度依赖模型,这仍然是一个非常具有挑战性的领域。

Elhak:问题是,历史这些衰老模型大多是经验,他们依赖于测量和预测。问题是,它取决于你多长时间可以项目。现在当我们谈论10年,15年,这是一个很长时间的投影。是的,你将会加速衰老通过增加温度和增加电压,但是是有限度的。假设你可以测量衰老的一年,然后你就会推断为10年。实证模型的问题是,他们只是一样好你做的时间间隔的测量。这里物理学变得非常宝贵,因为物理常数,物理不会改变。如果你基础模型物理,那么即使你衡量一年或三年,你可能仍然有一点信心,你的模型10到15年后将会是有效的。

SE:老化必须从各方接洽,对吧?

汗我们必须花时间。我们知道得越多,我们越能把模型中,我们可以模拟,然后我们可以信任的结果。

Sohrmann:我们可以看到,作为一个研究机构。我们做很多物理建模看个人陷阱。如果你在说什么NBTI(负偏压温度不稳定性),例如,我们来看看每一个陷阱,我们提取陷阱的统计数据。模型是300 MB以上,个人对每个晶体管:它不工作;它没有规模。你不能这样做。你必须有经验模型。你需要方程。你不能把一个名字在每个单独的陷阱,但这就是必须做到准确。所以你必须找到一些。

Geada的解释:如果出现问题,你必须能够诊断出了什么问题。所以你认为这种情况下,您有一个芯片在10年后,有一个问题,你需要调试它。你如何恢复环境的设计有10年前?我们几乎不能从10年前在现代的机器上运行的软件。我们已经失去了所有的上下文。实际发生的是,(对于某些处理器开发人员)的设计,他们把一堆机器和他们放在一个金库引导他们每三到四个月,以确保他们仍然工作,但只是停留在拱顶10到15年,这样如果出现问题他们可以再次启动设计,再分析,然后找出他们错过了,这样他们就可以学会应用到下一代。

汗:只有当问题是只有工作。

Elhak:唯一的问题是,人们现在在设计建于7海里有兴趣,并从10年前的设计是一个90纳米的设计。无论我学到了90海里的晶体管不适用了,所以半导体产业的快速进步真的让帐龄分析非常,非常困难。

SE:也就是说,将芯片上的技术更在伙伴关系的模拟监控来吗?

汗:是的,因为模拟预测会发生什么。但如果你想要一个监视器,你想看到真正发生在硅。

SE:看到发生错误时,可以做些什么呢?

汗:这取决于你如何衡量,以及本地你可以测量。如果你真的要在理想的场景中,你有一个晶体管,实际上做的工作,和一个晶体管实际测量。这取决于你能走多远,您可以监视多远。

Geada的解释:一个聪明的有一个监控系统,您可以运行监控系统与你的模拟和确保他们同意对方。如果有任何分歧,发送一个红旗,现在一些意想不到的发生。这不是你的预测。

Sohrmann:怎么了,该模型还是现实?

Geada的解释:它并不重要。在这一点上,无论你用于设计不再持有。红旗,您可以部署这红旗在糟糕的事情发生了。这是关键。

汗:你不知道什么是错误的,但至少你把大的镜头,然后说,“我看。”

Sohrmann你有与你的传感器结构的老化的经验吗?我们一直致力于传感器的研究项目和很快的论点,“很好,你可以测量老化,但实际上你提高可靠性还是降低?我很惊讶当我看到说如果你想增加可靠性系统冷却解决方案,消除凉爽。冷却器是最薄弱的部分,因此,如果您删除它,天气越变越热但还是生活超过当你有这个机械的东西。

Geada的解释工程:这是一个美丽的事情。有时经验模型和预测是足够好,只要只要你有办法知道如果经验模型仍符合现实。如果有一个差距,先发制人的反应。

汗最后:这是关于统计。你看到硅越多,你越试图关联说为一个特定的客户,他们做一个设计在18个月内之类的东西或者更多,但他们没有这个角度看。我们与很多客户,得到硅数据是否匹配。第一次做一个设计7海里,没人知道发生了什么,我们试图理解它。我们得到的更多的数据,统计数据,然后开始有意义。但后来我们开始把事情的时候,人们转向另一个技术。

Sohrmann老化:另一个问题,你在看吗?

汗:是的,我们做的加速时间测试等等。但正如你所说,它到一个程度,然后如果你想确认也许15年,你必须继续。

Sohrmann:我们认为这是一个解决方案添加这些类型的传感器和说,红旗如果有问题你不能提前预测的模拟,因此它可能是路要走。

汗为每个IP:我们要做的是,如果你想衡量的东西,我们应该知道我们是好的在IP,对吧?我们把一些故障探测器内部的IP如果有任何问题与特定的电路在IP,它会说,‘价值出来,但不相信这个,因为有毛病ADC或有毛病。“这是我们投入的机制。

SE:下一步是什么?只是试图让所有这些相关together-aging,可靠性、可变性。我们需要把这些放在一起吗?

Elhak:首先,老化不应该关注的可靠性。应该是每一个设计师的关注,尤其是在先进的节点。我们必须分析整体老化过程变异,与自我加热、热效果一般,因为这些参数改变晶体管降解。也为衰老,我们需要研究磨损。在晶体管老化,也有电迁移互联。设备可以打破,因为一个EM热点或因为晶体管老化,例如,时间介质击穿。这些能使芯片停止运作。

Geada的解释:还有,很多人使用偏置电路,某些配置有一个偏差失控,老化改变偏置电路的行为,实际上就进入一个积极的反馈回路。基本上,它曾经是老龄化问题转化为一个防静电问题。

Elhak所以一些老化模拟运行测试晶体管数量不会减少了。

Geada的解释:衰老是现在设计中第一顺序效应。需要相同的方式对待你的时机,以同样的方式,你做动力分析。

Sohrmann:你怎么解决的两个主要problems-characterization维度,因为它是一个多,高维问题,然后模拟的复杂性?有很多更多的角落,所以你必须处理更多的变量。

SE:此外,文件大小呢?

Geada的解释:Hany Elhak指出,实际上,像大多数其他的事情我们需要真实详细的模型,但我们要做经验适合把它变成一个实际的问题。这是EDA。大规模的问题是我们的面包和黄油,对吧?在其他行业,谷歌谈论他们使用的类型的数据。整个世界地图为世界上每一条路适合演出。令人惊讶的是,是的。你可以在你的手机上把世界地图。世界上可路由信息,每一条路适合在你的手机上。一个芯片,而不是那么多。我们生活和呼吸大数据模拟。 This is what makes our industry special. We have the technology to do this, and it’s not just uniquely ANSYS. It’s all of us. This is what we do. This is why our customers pay us money.

Sohrmann:如果你可以处理它,你仍然需要创建所有这些数据,这是我们疲于应对。我们跟铸造厂很多。他们,当然,不仅仅是给说他们会衡量一切。不,他们一直等到它真的是必需的。

Geada的解释:对于铸造厂,它也是一个业务。例如,在去年的台积电,汽车可靠性平台不是7海里。这是一个稍微年长的节点,他们有更多的数据。但他们也是一个业务,当足够的兴趣被扔在一个特定的领域,他们为我们建立所有必要的抵押品EDA软件运行。意识到这是一个非常重要的问题,适应和铸造厂。他们意识到他们必须捕捉这些数据,他们必须测量它,他们必须提供的EDA社区模型-经验或以其他方式处理。

Sohrmann:我仍然认为并不是所有的铸造厂知道如何应付这个问题。我们与铸造厂无能,他们问我们如何做一个有效的描述这种高度复杂的问题。然后我们要开始一个研究项目,需要五年。

Geada的解释:是有原因的某些铸造厂比其他人更成功。

Sohrmann:但最终,所有这些组合在一起。我们不能有一百万个不同的模型。

Geada的解释:你见过我们有多少晶体管层次的模型,我们必须处理在日常生活中?

Sohrmann:有多少是真正用于结束?这是惊人的。

Geada的解释:记住,即使是那些在一个特定的家庭,说,finFETs, BSIM-CMG,有多个版本的东西。这取决于特定的过程或特定的铸造,这是一个不同版本的模型,因为这是一个适合。我们必须运行和支持丰富的模型。

SE:我们没有讲的是当你有一个客户想要的第二个来源。不把这个问题悬而未决的一切吗?

Geada的解释:是的。这是极度困难的。

SE:我们会看到呢?

Geada的解释:绝对不是。

Elhak:经济学仍然是推动这种。

SE:所以它基本上是两个不同的设计?

Geada的解释:有效。这是相同的RTL重新映射到两个物理团队。

SE:但它不是那么容易。

Geada的解释:哦天啊不,但你扔钱,问题消失。

SE:那么大也将越来越其他人挣扎吗?

Geada的解释我永远不要低估人民的创造力。

SE:在这个时间点上,能帮助用户社区最EDA行业的?

Sohrmann:帮助大多数是标准模型,如果有这样的事。这是我怀疑,但至少这整个标准化。具体来说,衡量什么,如何得到这个到所有的设计环境。尤其是对铸造厂,这是非常重要的。我们的讨论,我们已经说过了,我们可以帮你描述特定的设备。他们说,不,我们只从这个如果我们能开始描述的所有设备,否则这意味着设备我们没有不年龄特征。

Geada的解释:标准一旦每个人都同意,有一个正确的做事的方式。我不认为我们接近,然而和铸造厂分化。标准只对已经成为大宗商品的事情。

Sohrmann:我们在这里谈论的标准。他们是相当重要的。还为主题,我们前面所讨论的物理模型和经验模型,还有很多研究必要的,尤其是当我们已经做了很多的工作与NBTI和恢复效果。这是地狱。从数学的角度来看,从物理的角度看,不清楚发生了什么。我完全确定最新的理论在一定程度上仍然是错误的。甚至那些在前线的大学的研究说,“我们认为这是喜欢,但我们不确定。明天可能会有所不同。然后你想简化这个,说有一种方法来衡量恢复很快。你不必等待十年,另一个10岁因为你无法恢复加速复苏。 How much more can we actually spend? What’s the most efficient way to do characterization. And what’s the simplest model that still captures the most relevant effects?

汗:望着理想主义的场景,模拟,可以预测,然后我们应该抵消,“如果你在谈论一个产品,我们必须把红旗红旗当有需要吗?这应该像一个手机当你跟踪电池。这取决于你的应用程序和压力放在手机,它告诉你它会持续一个小时或两个小时。如果它是一个产品,我们做所有的预测之前,我们会做,然后我们跟踪今天的地位的强调,以前发生过。没有理由阻止产品失败。

Geada的解释:这是将是一个大的创新领域。大的行业,大规模的东西,已经在这个方向上。先发制人的维护,维护只有当你需要它,是当今航空业的运营方式。这些问题将会迁移到定义域。这将是一个地区的创新,和维护数字双飞行监控、交互、对比模型和现实——这是一个研究领域。这是还没有被广泛部署,处理规模数十亿这些事情。但它会发生,即使它只是一个统计抽样。我们将跟踪10%的错误是否有一个模型和现实之间不匹配。最后,我坚持我的声明,这是工程。我们要做的,我们理解,我们将测量部分。 The parts we don’t understand, we’ll add a little bit of padding. And we’ll just keep making progress. Nobody’s going to wait 10 years for a perfect solution. They want it now.

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