设备需要比以往任何时候都更可靠地运行，因此老化模拟至关重要。
艾哈迈德·拉马丹和格雷格·柯蒂斯
在消费者对“更便宜、更快、更好”的需求的驱动下，半导体行业正在不断推动向更小的工艺几何的迁移。从高性能计算到低功耗移动设备，这种将复杂设计持续扩展为高级流程节点的做法至关重要。
在过去，像智能手机这样的产品每隔几年就会被最新的技术所取代，因此不需要长期的可靠性。然而，最近的数据显示，消费者正在推迟智能手机的更换，将注意力转向长期可靠性。
长期可靠性对于汽车应用来说更为关键。半导体器件和传感器的设计必须与车辆的使用寿命一致，或者至少超过保修期。考虑到一辆车的平均车龄是12年1在美国，先进的设备需要比以往任何时候都更可靠、更安全地运行。事实上，在2015年，路上有近1400万辆车龄超过25年2．这几乎是2002年800万辆的两倍。随着越来越多的电动汽车上路，这一趋势可能会加速。除此之外，电动汽车的保修期将把汽车的使用寿命提高到数十万英里。此外，自动驾驶和自动驾驶汽车将进一步提高可靠性和安全性，因为人们不仅担心乘客的安全，还担心车辆附近所有东西的安全。因此，随着时间的推移，准确模拟设备老化成为许多技术面临的严峻挑战。这使得特定于技术的、一流的老化模拟成为当今验证的需求。
对于使用成熟技术节点的设计，老化效应通常通过简单的过度设计来解决，留下宝贵的空间。在当今竞争极其激烈的市场中，设计师必须优化每一个设计参数来获得利润。如果不准确估计老龄化的长期影响，就无法实现这些微小的、节省成本的利润。
随着时间的推移，栅介电和硅之间界面的退化直接导致了器件层面可靠性问题的增加。导致这种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)。这些机制在较小的几何结构中更加突出，因为栅极电介质被缩放到只有几个原子的等效厚度。随着时间的推移，器件老化使阈值电压升高，信道载流子迁移率降低，从而降低电路性能，缩短电路寿命，并在现场引入潜在故障。
直到最近，晶圆代工厂还必须支持各种模型接口，因为用于访问老化模型的通用行业标准接口解决方案还不存在。同样，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
OMI最初由台积电(TSMC)开发，基于TSMC模型接口(TMI)，该接口于2013年授权给硅集成计划(Si2)。Si2紧凑模型联盟(CMC)在2014年6月投票支持一个基于TMI的模型接口和可靠性的接口，并适当地将新接口命名为开放模型接口(OMI)。第一个版本的OMI标准于2018年4月由CMC正式发布。OMI增强了电路模拟器中支持的标准CMC设备模型，为用户提供了定制标准模型以适应自己应用的灵活性，所有这些都不涉及这些模型的本机实现(图1)。
图1:OMI模型参数更新。
需要这种灵活性的一个例子是布局依赖效应(LDE)建模，例如井的接近效应(WPE)和浅沟隔离(STI)，其中LDE模型是技术依赖的。OMI承载LDE方程，与电路模拟器中的标准模型接口，并通过OMI共享库保护技术IP。对于可靠性仿真，OMI还充当老化平台，可以对所有退化机制进行建模(图2)，包括热载流子注入(HCI)、偏置温度不稳定性(BTI)和时间相关介电击穿(TDDB)。它还允许在支持OMI的电路模拟器中进行运行可靠性仿真和分析。与模拟器无关的OMI共享库可以提供给代工厂的客户或集成设备制造商(IDM)的内部设计团队，作为他们技术设计工具包的一部分。对于可靠性仿真，晶圆代工厂不需要更改他们目前提供给客户的模型库。他们只需要将OMI老化部分添加到他们的包中。
图2:OMI老化流程。
OMI现在通过Si2面向整个行业。通过使用标准接口，晶圆代工厂、idm和EDA供应商现在可以将其资源集中在支持单一的公共接口上。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。同样，EDA供应商也有获得广泛客户支持的有效途径。CMC OMI标准v1.0.0支持BSIM4、BSIMBulk、BSIM-CMG、BSIMSOI和HiSIM2。未来将支持更多的模型。
总结
到目前为止，为了支持多厂商仿真流程和老化模型，晶圆代工厂必须支持各种模型接口。随着Si2发布OMI，无晶圆厂代工厂供应链将受益于实现和使用OMI兼容解决方案所获得的效率。自正式发布以来，OMI一直在行业内稳步获得吸引力。Mentor Graphics是西门子的一项业务，在Analog FastSPICE (AFS)和Eldo工具中实现了这一工作，这两种工具都支持开放模型接口。
Ahmed Ramadan是西门子Mentor模拟和混合信号验证业务部门的高级产品工程经理。
Greg Curtis是西门子Mentor模拟和混合信号验证业务部门的高级产品经理。
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