使用生产数据来提高可靠性

随着芯片制造商转向越来越多的定制和复杂的异构设计来提高每瓦特性能,也要求降低defectivity和更高的收益率来帮助抵消了设计和制造成本上升。

解决这些问题是一个庞大的多供应商的努力。可能有成百上千的流程步骤在晶圆厂和包装。随着特征尺寸不断缩小,更多的元素连接成一个包,其中的一些步骤所花费的时间和变得更加复杂。反过来,使它必须筛选日增的制造和包装数据,和相关的各种类型的数据从所有这些流程步骤,以及其他人。

“有一堆的数据来源,“Andrzej Strojwas说,首席技术官PDF的解决方案。“我们正在处理一个广泛的数据,从现场实时数据的设备,从内联计量信息,内联缺陷检查、测试芯片数据,然后在晶圆测试数据,在最后的测试,和老化。也有新类型的数据结构内部的芯片地址的可靠性。每个人都使用PVT传感器-流程、电压、温度——他们是至关重要的预测这些模具将如何表现。也有新类型的传感器监控可靠性风险由于加速老化,和机械应力的变化在整个装配过程和领域。”

最重要的是,任何工厂或包装内的混合设备,一些新的和更少。因此,设备共同产生不均匀的质量和数量的数据。让事情更加复杂,经常不是全部是一个屋檐下。及时共享数据,使问题更重要和更困难,复合铸造和包装行业的问题没有完全解决。

“这个数据大约一个死的健身穿过多个手,”Jay Rathert表示,战略合作高级主管心理契约。“也许这是一个IDM,在这种情况下,一切都是一个屋檐下。也许这是一个制程在铸造或设计OSAT,这是最复杂的用例。我们试图找到一种方式,人们舒适的分享一定的粒度的数据,但是,你不需要让你的整个过程。总的来说,有一个深刻的理解发生了什么,但是我们通常不会有完全访问所有数据,因为有很多深刻的专有信息。面临的挑战是脱脂的安全层,同时还能够说,“这看起来不像其他人死去。所以你让工厂保护他们处理IP和任何其他类型的机密信息他们想保留,但你也自信传递信息的金块这死在这晶片应该测试有点不同,在稍有不同或焚烧,通过系统级测试或运行。人们需要熟悉整个行业需要的想法。”

其他人也同意。”脱节和断开连接的数据是一个长期的问题,这是加剧了运动远离真正的OEM,”迈克·麦金太尔说,软件产品管理主管上的创新。“大多数制造商的模型中,至少有一些关键部分完成以外的生产环境。从历史上看,如果你是一个OEM,你至少有能力看到的所有数据,并访问所有可用的数据给你。现在,我们需要创建一个基础设施,将这些数据从不同的活动。和通过提供内容专业,我们可以开始加入不同的数据,这样可以为分析形成这些关系。”

这种脱节的数据更糟糕的设计规模的持续增长,。因此,设备更为渐进的基础上进行测试,主要建立在“分而治之”的方法来开发芯片。补充数据从各种流程与内部数据从一个芯片工作可以提供一个更完整的视图。

“测试工程师,在大多数情况下,只是看着困在测试或一个非常本地化的问题,”马克Hutner说,产品营销高级总监proteanTecs。“令人激动的是,当你把数据从内部芯片和可以从整个芯片或包警报和见解。发生了越来越多的集成,你可以找到这些类型的关系。你仍然可以看本地的内部分死亡,但是你可以回到死亡水平,甚至开始看整个很多,。所以它是多个层面,为先进的包装工作,。”

包装的挑战
的一个大的变化在芯片制造的复杂性不断增加包装。的好处摩尔定律减少在每个新节点,越来越多的芯片制造商选择了更多的定制和越来越多的异构设计和架构。按期交付可靠的芯片已经够难了,但是把多个组件到一个高级包进一步复杂化了。

“在汽车工业,50%以上的失败是由于包装”,Strojwas说。“装配过程本身是非常复杂和重要的许多行业,尤其是汽车和军事应用,也为数据中心。所以我们需要跟踪特定的芯片来自哪里,什么晶片的一部分,但这只是故事的开始。你也需要理解与底物发生了什么当你把一切。除了传感器已经存在,您需要添加一个额外的类型的传感器和完整的可追溯性。”

复杂的包装造成挑战,从检验和计量领域中收集的数据是原路返回到设计和制造。

“有更多的图案和形状和复杂性在包级别,“Subodh Kulkarni的首席执行官CyberOptics。“一些非常复杂的包。有差距的芯片到几十微米,并在有些被动元件。现在,不知怎么的,我们将做100%检验具有良好的准确性,这不是微不足道的。就像在纽约试图确定几个人从很长一段距离。所以它变得非常复杂,因为尺寸和紧密的事情是如何被打包在一起。极其复杂的前端进程正在使用的后端处理这些包,把它们放在一起。”

新用途的数据
反过来,需要更深检查和计量,通常延长时间执行相关流程步骤和创建更多的数据。和取决于被认为是可接受的收益率和可靠性指标为任何特定的应用或使用情况下,它可以产生重大影响的整体工艺流程。

同时,更深层次的检测开辟了新的机会使用这些数据在原子力显微镜(AFM)等领域。与AFM“传统上,我们使用的阶梯高度粗糙度,但我们扩展到CD(临界尺寸),我们追逐越来越小的线/沟几何图形,”施密茨Ingo说,技术营销人员力量纳米表面。“现在我们朝着更具体的EUV测量东西,像营收粗糙度,因为离轴照明。涉及到另一个非常大的区域十字线。十字线能花费数十万美元,所以十字线修理和维护已成为一个非常大的交易。十字线习惯的曝光系统,他们会被污染。现在AFM是用于识别和修复缺陷结构。”

图1:接触洞双波纹的战壕。来源:力量

EUV光刻被三星、台积电、和英特尔在最先进的节点,但尺寸非常小,一些违规行为,这可能被忽略过去,现在可能会对性能产生巨大的影响和权力。

“一种EUV空白应该零缺陷,但没有这样的事,”施密茨说。“什么公司本质上是地方模式到EUV空白有最少的缺陷。缺陷大小变得更重要了你去10到20纳米领域,和AFM是唯一的系统仍在这个维度。”

前沿的设计几乎都是定制的,和许多人利用选项她们从没考虑过的过去,如多个加速器和不同类型的内存。

“我们远离均匀单一的硅系统级芯片的新范式,“我要构建特定于应用程序的芯片和集成到一个系统模块,能够得到的好处独特的处理,并将所有这些信息在一起,”“麦金太尔说到。“在过去,你可以测试它均匀才退出了晶片。现在,你必须把所有这些额外的装配信息,将该数据进一步整合。因为一切都是通过规范并不意味着集成解决方案通过规范。这是挑战。”

材料问题
潜在的defectivity远远超出表面检查和测量。从底物和材料RDL介质薄膜需要纯粹和应用原子水平精度。

“永久材料受到恶劣的条件,必须生存没有任何化学或机械设备的预期寿命的变化,“克里斯蒂娜•马托斯说,科技巨头材料主管布鲁尔科学。“我们专注于新材料的设计和平衡组织性能之间的关系,以确保材料满足预期的加速老化,温度循环,和恶劣的存储条件。”

这对整个供应链产生广泛影响。“这些需求有几种方式影响制造过程,”汤姆。布朗说,执行主任制造、质量、物流在布鲁尔科学。“首先,随着终端用户期望的增加,客户的性能要求更加广泛。例如,一个典型的产品验收证书可能曾经只需要10项标准。现在,一些客户已经超过200要求上市辅酶a(分析证明书)。此外,客户的生产线是实现在其产品中增加的敏感性的微小差异,导致收紧现有的期望。与每一代规范限制和控制限制收紧。最后一个考虑是,客户的产品,因此啤酒科学产品,变得更加昂贵,满足不断增长的需求,进一步强调需要健壮的废/减少废物和预防计划”。

纯洁和defectivity上升的担忧在各种各样的新应用领域,。与电力电子这是显而易见的,这在很大程度上直到最近,因为他们在使用老的流程技术。但当他们进入更多的高安全性的应用,如汽车时,他们被受到同样的关注。

”碳化硅自然可以衬底,现在有很多应用程序氮化镓是安装在碳化硅基板”,PDF的Strojwas说。”因为这是主要用于电力电子,或者至少摩根士丹利电力需求,你必须处理热传播。”

Strojwas指出高性能系统软件包,散热器是常见的。真的大功率大型机,像IBM Z系列,他们现在提供液体冷却。集成与整体包装是至关重要的,所有的数据必须收集和检查,不仅在晶片制造、装配和测试,但是也。”

这些问题扩展到其他基质,特别是在先进的包,可能会有各种各样的材料被使用。“在衬底方面,有很多创造性的东西,“CyberOptics”Kulkarni说。“他们使用不同种类的材料,材料的性能提供了更好的电气性能。我们有一个示例的一个更高级的包现在在我们的实验室,他们要求我们检查它。一方面,你有这个非常闪亮的铜撞柱子上大约20微米,和你有完美的半球上。我们使用的是光学技术,所以你会得到一个像素摄像头,我们可以看看的,我们正试图推断出的高度,撞一个像素。这是一个极端的完美反映一切。但是整个事情是坐在一个扩散衬底的没有任何反射率。所以我们处理处理这些问题如何设计或项目的动态范围,你有一个性能,高度普及的衬底,而高度光泽,完美曲线铜镜子。你需要设计一个投影方案的动态范围探测器没有得到过饱和的或者没有看到任何信号。这是变得更加的问题比晶片衬底世界的世界。这是一个新领域甚至在晶片来。基质越来越复杂和尺寸越来越小,这是改变动态光学检查。”

更多的选择,更多的数据,更多的问题
在过去,前缘时由billion-unit设计每两年更新一次,有足够的时间和制造体积能够相对轻松地解决可靠性问题。但随着设计变得更加定制,量较低,设备本身是独一无二的。

“导致可靠性的事情之一是多少次你做的事情,”布雷特•默多克说,内存接口IP产品营销经理Synopsys对此。“事实上,我们为每一个客户做同样的事情,或者几乎同样的事情,意味着我们真的很擅长这个,久经考验的。你知道这是数以百万计的单位工作,那么为什么它是任何不同本新的人工智能客户我们卖HBM第一次吗?我们不需要重新发明任何东西。”

当多个选择的处理元素可以很好用于优化和记忆,但它增加了未知数和更多的数据筛选和关联。这是明显的选择动态随机存取记忆体例如,在哪里HBM有时选择基于连通性选项越来越少,和少出错。

”你会与一个HBM装置功率较低,和更少的物理接口处理,”默多克说。“DDR / GDDR / LPDDR,这些接口,如何实施物理SoC是蛮荒的美国西部。这是任何你想要的。你可以把一个完整的线性PHY的死,环绕一个角落,你可以把它折。有无数的方法可以实现物理接口。”

对可靠性提出了疑问,变得更具挑战性回答这些设备正在使用的时间越长。

”有很多显示器和传感器成为电路的一部分功能给实时数据,“Balasubramanian说Sathishkumar, AMS产品主管确认西门子EDA。“有趣的是,我们已经看到不仅在汽车可靠性。我们看到它甚至在移动行业。我们正在处理一个客户情况存储他们使用手机应该是专为某一生,2.5到3年,但是人们持有手机4或5年了。他们没有考虑到,这主要是在老化方面。此外,尤其是在记忆方面,读和写周期,他们的数量超出他们的设计,和影响可靠性。”

除了满足可靠性、规格设计团队发现他们通常有超过规格。“设计师,工厂方面和设计方面,我们真的需要学习设计,没有过多的考虑使用模型会改变多少以及如何使更可靠,“Balasubramanian说。“所以有老化的影响,你也必须看变化。如何减少变异?开始对从电路设计的基础。设计的变化,我们看到很多客户做这个要求high-sigma需求。人们从早期开始,从图书馆整个设计流程,对组件。他们想确保这些组件是健壮的。例如,他们希望确保对于一个给定的标准单元库的过程满足所有不同的pvt和一个更广泛的,虽然没有办法可以验证它。”

老化增加了一个全新的高度的关注,尤其是对安全性要求苛刻的应用,如汽车。“我们有很多应用程序HTOL(高温操作生命)测试,在那里你可以从内部开始看到事物的年龄,“说proteanTecs Hutner。“扩展字段。你的新芯片的年龄,你会开始看到这些效果。如果它开始磨损,可以预测何时会发生,因为你有一个老化模型,你可以看到如果是缓慢或迅速恶化,那么你可以说,“在三个月内,或者当你把你的车,你需要更换模块。这是以前从来没有可能。”

结论
摩尔定律扩展放缓,再加上一个戏剧性的增长所需的处理是无处不在,使芯片制造商和系统公司开发定制的设备。现在他们要求这些系统非常可靠寿命长。

这些因素通常网不太好。因此,芯片行业一直忙于找出方法来整合更多的碎片,在较小的体积,而且还日益复杂的解决方案。需要利用收集的数据从多个源和更多的流程步骤。

简单地说,这个行业又一次被动摇的舒适区,挑战旧的做事方式,包括自营态度数据需要跨分类供应链共享。这一切会发生,但它将不得不改变对可靠性的需求持续增长——以及日益增长的后果犯错误。