老化在先进的节点

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;Magdy Abadir,负责营销的副总裁Helic;米克Tegethoff,产品管理主管导师西门子的业务;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 Magdy Abadir;米克Tegethoff;Naseer汗。

SE:设计团队需要知道老化和可靠性,以确保这些设计将做他们需要做什么?

Geada的解释:基本上有两个事情需要处理,其中一个很棘手。一方面,你必须模型在硅会发生什么,我们没有年龄。FinFETs,在实践中,大约五岁,我们需要预测会发生什么对他们15年。我们不知道。我们有物理模型,我们有理论,我们可以运行纯物理模拟,但我们不知道这些设计是如何将持续15年。我们从强制老化尝试构建模型和猜想的一些知识finFETs会发生什么。这是一个非常棘手的问题铸造厂解决。对平面要容易得多。我们有更多的历史和更多的知识。这是一方。 On the other side, the design problem is really tricky because aging is extremely context-sensitive. It depends on exactly what the design is doing, for how long, and there aren’t that many tools right now that can handle that complexity. So that’s one of the things that is a challenge. People have been trying to deal with it by margining, but from our perspective, this is not a margin-able problem.

Elhak与衰老:我们正处于一个转折点。老化,作为分析,已经存在了超过20年。我参与过这一小群人的硅集成计划紧凑模型联合(CMC)每隔几个月。它基本上是整个宇宙衰老的人感兴趣。今天,老龄化成为主流的分析。有两个因素驱动的。第一个是高级节点。老化与finFET更加突出和高级节点比在旧节点平面晶体管,这使得它更主流的分析消费者应用程序。另一个因素是,现在有一个转折点在半导体工业中,汽车正在推动增长的地方。这不是消费者和电信,因为它曾经是,和汽车寿命远高于消费者的要求。 In consumer, we’re talking about 3 years or 5 years. In industrial, it can be 5 to 10 years. In automotive, the lifetime requirement is more than 15 years. Suddenly, everybody now needs to analyze aging, so it’s becoming mainstream. From one direction it’s finFETs and advanced nodes driving this analysis to the mainstream. In another dimension, it’s the automotive industry and the long lifetime driving this. There are more people interested in aging than 3 years ago or 5 years or 20 years ago, when aging was first becoming an analysis. It’s no longer the reliability team that works in isolation. Now, aging is becoming an analysis that every designer needs to do.

Sohrmann老化:我们已经工作了很长时间,我们试图把它向与我们合作的伙伴和设计团队。总有一定兴趣,但不需要做这个主题。这种情况正在改变。我们现在看到用户向我们走来,说有解决方案——这些都老化模型的供应商有某种类型的接口可以添加等等。但他们想知道如何描述这些模型。如果您正在使用中央军委,讨论是否应该有一个模型,还是个人用户定义的模型——仍然有相当多的不确定性如何这样做。有BSIM老化模型,我们必须适应参数然后我们都准备好了吗?我对此表示怀疑。说实话,仍有许多物理效果像复苏效果,和这么多物理,我们可能不会得到单个模型。所以它很个别。 And particularly for the automotive industry regarding ISO 26262, there are some requirements coming that they have to do this. Design teams somehow have to verify the quality after 10 or 15 years of operation. We also feel this is changing at the moment.

汗:从我们的角度来看,当我们跟不同的客户,他们正在调查这取决于应用程序。如果他们是一个ASIC设计为一个特定的客户、供应商他们去跟这个客户,问问他什么是预期寿命为特定的应用程序。这取决于它的10年或15年,他们回来如何解决这样的问题。一是采取措施在设计。一个问题他们回来Moortec和问如果我们可以监控不同位置设计。经过这么多小时的运行实际上是发生了什么?所以实际上我们试图解决这个问题。我们不能采取相同的电路和运行它一遍又一遍,然后看看它会对老化的影响。但是我们可以尝试监控,尽可能,看看我们之间有任何关联测量或监控而设计内发生了什么。有多种方法,我们试图解决这个问题。 One is the kind of loading a device would have, but then there are device effects like mismatching. There are also the metals and interconnects. There is electromigration that’s causing a device to fail at a particular time. We’re looking at things that we know we have to live with it and looking at whether we can monitor those, making sure we are aware of the scenario so we can deal with it in the right way.

Abadir:有一个重要的老化对设计的影响。设计做的年龄。设备和电线随时间变化,所以是一个非常好的机会他们会失败的结果是这后一段时间。现在问题的可靠性意味着多久我可以预期设计功能。这里我们需要考虑这些老化效应以及它们如何影响设计的可靠性。人们在汽车,航空电子设备和某些类型的市场,这些都要求的客户尤其需要考虑这些影响。

Tegethoff:几何图形缩小,更少的铸造厂是可供选择,设计团队从不同的公司将会发现他们设计相同的技术。获胜的团队或IP公司将是那些从技术,提取最这不可避免地会导致晶体管用于higher-stressed条件。而PVT约束足够的过去,为了最大化设计表现生活的设计,我们现在看到越来越circuit-specific仿真验证。统计分析是正在增长的领域。也需要可靠性分析。设计团队已经意识到老化发生,但影响被认为是在设计通过增加足够的保证金。现在他们需要知道更多关于晶体管的行为会改变不同压力条件下,这样他们就可以评估重要的变化是在设计。这需要一个良好的技术可靠性,从铸造并不总是可用的。许多大公司开发自己的知识的可靠性,帮助他们的设计团队。

SE:今天工具可用于做什么?顾客意识到他们吗?的牵引工具使用吗?

Geada的解释:有重大变化。两年前,衰老是一个非常小的一块市场。只有非常特殊的团队成员他们通常很小teams-cared。现在每个人都和他们的狗关心衰老,因为电气化的一切。ADAS显然是真正的大目标每个人都知道,但是有一大堆设备,我们现在考虑投入的人。问题是相同的,因为它是生死攸关的。还有一些工业应用。如果你把一些电子产品在某个风车,你不会出去和维护它。它只是沉重代价,试图取代10美元部分,你需要一架直升机和几个小时去寻找。现在每个人都突然关心老化。我们正与一个更广泛的范围上的团队提供一个非常不同的技能和态度。衰老和可靠性的人曾经是一个非常专业的社区现在你在谈论一般的市场设计,他们不是说这个工具。 They want to know how to prove their design works and how to prove their design has a reasonable yield. And we haven’t mentioned there’s a bathtub curve. There are two sides of aging. There is early aging, early failures, and there’s the tail end of aging. There is electrical overstress and then you subdivide it into EM, ESD, conventional aging which is just a degradation on performance. And then there’s time-dependent breakdown, which is if you age for long enough, it just dies an old-age death. How do you approach all of these physical effects? How do you map them into a design? And when somebody is asking, ‘Is your chip going to last 5, 10, 15, 20 years?’, you need an answer that is more than just hand-waving.

Tegethoff:有许多专有工具从所有的主要EDA厂商在市场上。台积电提供了自己的EDA-vendor-agnostic解决方案,是一个战略我们相信将采用更多铸造厂通过最近引入的紧凑型建模委员会发布的开放接口(OMI)建模解决方案。

Abadir:工具不能很好地融入到设计流程。过去,人看着设计可靠性计算器,有多少晶体管,连接的类型,技术的类型,他们分析失败的概率与每一个组件,它计算的设计什么时候会死。例如,我有这么多的晶体管,这些类型的晶体管具有可靠性模型的含义,平均而言,它会失败在三年和五年。这些模型考虑他们看到一个平均数量的多少活动活动。的计算有时出错。原来这些类型的计算将会给你一些界限为三年或四、五年,等等。然而,当你真正学习发生与衰老,有很多现象的影响。例如,金属可能开始更薄、晶体管会慢,盖茨将门延迟。线延迟会更长。所以有一个好的期望在某个时间点上,如果时钟继续进来同时,路径将超过时钟周期的延迟,我将开始得到错误的结果。这是最常见的一种失效机理。在过去,过去的一个薄金属会直到最后有一个休息,电路会死的。或者你有记忆碎片,开始失败。你可能有一些修复,一些结构,一些宽容,一些,最终你超过你的修复能力,容忍和你死。所有的这些。从我的EM(电磁)帽子,电感金属收缩变大。 And with inductance getting higher, EM coupling gets stronger.

SE:这是如何分析晶体管的另一个方面,没有年龄,对吧?

Tegethoff:选择不老化是监控单个晶体管的偏置条件,以确保它们是在预定义的范围之内。这通常是通过使用断言检查模块设计。当然,这个选择可能会导致过多的。

Abadir:这些都是基于物理模型和工具,只会用旧模型来评估这些新设备会发生什么。有很多原因为什么这些模型甚至对于我们以前见过的设备,我们设计在5月没有在今天的类型的使用。例如,我们从来没有接受我们的设计活动,今天我们看到的水平。以前的电子坐,做他们的工作10%的时间,其余的时间是空闲的。现在,它总是活跃。我的手机总是做一些事情。服务器正加班加点,老化有直接相关的活动。它不像这是良好的健身设备。它工作得越多,它越会年龄。热老化中也是一个重要参数,由于温度将导致设备老得快。

Elhak:我们,EDA行业应对老龄化是,首先,有衰老模型。衰老模型是从实际中提取硅铸造,基本上你有测试芯片测量在不同的时间点。衰老不仅仅是一个时间问题。是时候和压力。老化现象取决于电压和电流流经这些晶体管,所以你需要有一个好的了解这些晶体管将年龄随着时间和压力。这是在实验室测量,然后我们最终提取老化模型。这些模型基本方程,说,‘这晶体管的压力,这就是会改变晶体管的参数模型。例如,这就是V阈值将会改变。这是按照一定的电压和电流流动将改变流经晶体管。

SE:这些模型是特定于每个铸造过程?

Elhak:这是非常具体的流程。它是特定于每个铸造,每一个过程在每个铸造。和所有晶体管时代不一样的。就像人类一样,如果你有更多的压力和更少的压力你会比人老得快。

Geada的解释另一件事:重要的是统计的效果。两个相同的晶体管相同的压力可能年龄不同,取决于原子是如何排列的晶体管。

Sohrmann:这是一个研究课题。但是有统计数据结合老化效应使得这个更加复杂。

Elhak:这是一个非常有趣的一点,因为直到现在,每个人都在设计社区分析老化或分析过程变化。所以我将运行老化分析或蒙特卡罗分析。实际上没有人把它考虑老化和蒙特卡罗之间的相关性。

Sohrmann:你需要测量它,那是难上加难。你有老化、可变性、复苏,关联效应和局部变化。从哪里开始呢?如果你有这个列表的效果,最重要的是什么?

Geada的解释:这是一个棘手的。现在,我真的不知道的工厂实际上是描述这两个之间的相互关系。衰老模型,目前不玩和可变性,反之亦然。这是一个巨大的尺寸大数据问题。

Sohrmann:我们做了这方面的一个研究项目,但没有铸造真正愿意因为客户没有要求这个特殊的事情。

Geada的解释:我一直在谈论的事情之一,这是一个不同的道路在差异性方面,是局部流程增加阈值电压变化,增加阻力也增强了衰老原因完全相同。如果晶体管不开关,它保持电场在更长时间,并加剧老化。所以这两个效果是惊人的连接。

汗对于相同的过程:它是相同的吗?岂不是一个不同的模型,不同的过程,不同的流程味道,和一个不同的设备在这个过程吗?

SE:铸造为每个新工艺提供新的模型吗?

Elhak:这又回到了“。我们开始老化模型的构建和描述,这是相关的过程。这是一个与进程相关的流程节点,它基本上是说压力的特定的值,这就是晶体管的参数将会改变。这是在流程级别,由工厂提供。现在作为一个电路设计师,你需要知道的是多少压力应用于你的晶体管,这就是老化的刺激。老化的模拟是一个两步的过程。第一步是运行一个新的模拟老化之前,和你应用的压力。你应用刺激,看到每一个晶体管将如何应对将晶体管的电流流过,将电压应用于晶体管的盖茨取决于特定功能的芯片。所以每一个晶体管芯片会有不同程度的压力。

Tegethoff:有可能是铸造将调整或改变,不仅老化模型参数库,而且衰老模型方程从一个过程到另一个精确模型的老化效应的过程。然而,铸造不会改变的模型对每个测试芯片。这就是为什么一些设计公司将依靠自己的CAD团队修改或完全改变铸造老化模型最适合设计房子的特定于应用程序的需求。

SE:压力刺激是从哪里来的?

Elhak:从刺激和芯片的操作。

Geada的解释:实际上是发表的一篇论文在DAC HiSilicon如何模型的压力。有两种传统的方法。占主导地位的一个到目前为止已经运行一大堆向量模型你认为最糟糕的情况。问题是现代设计实际上是极其power-conscious,节能和限制功率,所以每个人技术适用于减少权力。最常见的方法是时钟门控。时钟控制,不幸的是,加重压力,因为突然你离开你的设计静态的一部分,这是最坏的情况下老化,因为现在你施加压力在很长一段时间没有任何复苏的效果。突然,一些复位信号或有人穿越前的我的车或者一个信号不几个小时醒来,说有事情,现在芯片已经醒来,电路和回应。精确的时刻,它是至关重要的,芯片是反应最慢,因为它只是现在康复主要的应力状态。然而,现在有一种方法来做这个vector-less自动确定每个个体条件什么最坏的控制条件,加剧了这种压力模式。这是一个在DAC发表的论文。

汗:但是,如果我们不把它更长一段时间,然后启动阶段。然后你说我们已经离开他们更长一段时间的压力。但是如果我们允许他们一个足够的时间启动和运行在正确的状态,然后我们保存实力。

Geada的解释:不管我们多么喜欢科学,这是工程。我们不需要一定的理解,以及我们可以测量它。我们可以解决它。如果我们知道最坏的行为,我们可以添加电路或改变设计的这些条件不足够长的时间导致的问题。从旧的可靠性技术,有技术的时钟门控不永远呆在封闭的这样或那样的。每隔一段时间它将恢复信号,这样所有的信号切换电路,从来不去最严重的情况。但是他们的成本,所以你想应用这些技术来缓解问题而不是毯子他们无处不在。

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