老化分析通用模型接口势头强劲

文/ Greg Curtis, Ahmed Ramadan, Ninad Pimparkar, Jung-Suk Goo

2019年2月，西门子EDA写了一篇文章¹题为“现在是通用模型接口的时候了”。从那时起，我们看到老化分析的需求不断增长，不仅在传统的汽车领域，而且在其他技术设计领域，如移动通信和物联网应用程序，以解决长期可靠性验证问题。这种需求要求晶圆代工厂提供老化模型，以满足客户对设备老化的精确模拟需求，因为这已成为验证过程中的一个不可或缺的步骤。

在过去，过度设计往往会减轻老化的影响，但代价是牺牲宝贵的芯片空间。然而，今天的设计必须针对每个设计参数进行优化，以便绝对最小化芯片空间。如果不准确估计老化的长期影响，就无法完全实现这种芯片空间的最小化。

导致器件退化的两个重要机制是热载流子注入(HCI)和正/负偏置温度不稳定性(PBTI/NBTI)。在n型MOSFET晶体管中，HCI更为突出，是由于漏极区附近的电子在高横向电场作用下经历冲击电离，获得高动能，使其能够超越Si-SiO2势垒，注入到栅极氧化物中，产生界面或氧化物缺陷。NBTI在p型MOSFET晶体管中更为突出，是老化的另一个问题。当p型MOSFET晶体管栅极电压在高温下长时间负偏置时，Si-H键沿Si-SiO2界面断裂，导致界面陷阱的产生。这两种机制在较小的工艺节点上都是重要的，因为栅极介电被缩放到只有几个原子的等效厚度。随着时间的推移，这些接口陷阱导致阈值电压增加，信道载波迁移率降低，降低电路性能，缩短电路寿命，并在现场引入潜在故障。

尽管最初努力开发一个涵盖这些影响的标准化老化模型，但半导体行业的生态系统无法融合，因此所有的晶圆代工厂和idm都必须依靠自己的自主老化模型来代表他们的工艺技术行为。正因为如此，晶圆代工厂不得不支持多个模型接口，以将其老化的模型集成到电路模拟器中，因为通用的行业标准接口解决方案不存在。类似地，模拟供应商也被要求支持他们自己的、独特的接口。这种非标准的方法增加了复杂性，增加了供应商和最终用户的支持成本。

为什么开放模型接口(OMI)是标准解决方案

2018年4月，Si2 Compact Model Coalition (CMC)²发布了基于TMI接口的第一版开放模型接口(OMI)。OMI接口为用户提供了定制CMC标准模型的灵活性，以适应他们自己的应用，所有这些都不涉及这些CMC标准模型的本机实现。OMI既支持模型参数更新，也支持可靠性仿真。

OMI标准接口使代工厂、idm和EDA供应商能够将他们的资源集中在支持单一的通用标准接口上。无晶圆厂公司和内部IDM设计团队还可以利用他们认为最适合其技术组合的模拟器。CMC OMI Standard v1.0.0支持BSIM4、BSIM-CMG、BSIMSOI和HiSIM2四种型号。计划在OMI的下一个版本中包含更多的CMC标准模型。

OMI提供了一个老化平台，可以进行老化建模、仿真和分析，支持任何退化机制(图1)。该平台可以支持热载流子注入(HCI)、偏置温度不稳定(BTI)和时间相关介电击穿(TDDB)。对于BTI，它还包括恢复效应。使用OMI老化流程可以进行一步老化模拟和更精确的渐进老化模拟。铸造厂可以为他们的客户提供统一的OMI共享库，保护铸造厂的建模IP，作为他们技术设计工具包的一部分，而不需要改变他们目前提供给客户的基本模型库。他们只需要将OMI-Aging部分(OMI共享库和老化模型参数设置)添加到他们的包中。OMI的强大之处在于它与模拟器无关。这意味着同一个统一的OMI共享库可以跨支持OMI的不同模拟器使用。

图1。OMI老化流。

西门子EDA作为CMC的领导者和活跃成员，实现了OMI接口的关键优势。自2018年12月以来，西门子EDA的Analog FastSPICE (AFS)模拟器一直支持OMI标准，从那时起，西门子EDA一直与主要合作伙伴合作，从这项工作中受益。

西门子EDA和GLOBALFOUNDRIES的联合活动

GLOBALFOUNDRIES已支持老化模拟功能超过10年，与包括西门子EDA在内的领先EDA供应商密切合作。越来越多的客户一直要求OMI老化模拟功能。从代工厂的角度来看，OMI提供的与模拟器无关的特性将减轻支持多个SPICE模拟器所需的实现和QA负担。自2019年初以来，GLOBALFOUNDRIES和西门子EDA一直在合作使GLOBALFOUNDRIES老化型号在CMC OMI接口中实现。西门子EDA在这项工作中发挥了非常重要的作用，GLOBALFOUNDRIES OMI老化的初始产品计划与传统老化工具同时提供，从最先进的节点pdk开始。不过，这一战略将逐渐向OMI老化迁移。

总结

长期可靠性一直是汽车行业关注的焦点，但现在正在扩展到其他技术设计领域。因此，随着时间的推移，准确模拟设备老化已成为验证过程中不可或缺的一步。通过共同努力，西门子EDA和GLOBALFOUNDRIES正在共同努力，确保双方客户能够通过CMC行业标准开放模型接口(OMI)，在西门子EDA的AFS平台上使用GLOBALFOUNDRIES工艺技术运行老化模拟。

参考文献
1]https://新利体育下载注册www.es-frst.com/the-time-is-now-for-a-common-model-interface/
2]硅集成倡议(Si2)紧凑模式联盟(CMC)http://www.si2.org/cmc/

Greg Curtis是西门子EDA的高级产品经理。

Ahmed Ramadan是西门子EDA的高级产品工程经理。

Ninad Pimparkar是GLOBALFOUNDRIES的高级技术人员。

Jung-Suk Goo是GLOBALFOUNDRIES技术人员的主要成员。