從之前的眾多報道中，SemiWiki 讀者已經(jīng)看到這些概念如何應(yīng)用于制造和封裝技術(shù)路線圖，這些路線圖繼續(xù)以驚人的節(jié)奏前進。然而，臺積電對工藝和客戶產(chǎn)品可靠性評估的關(guān)注通常很少被提及——這些原則也是臺積電可靠性生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
在最近的國際可靠性物理研討會（IRPS 2022）上，臺積電企業(yè)質(zhì)量與可靠性副總裁何軍博士發(fā)表了題為 “新可靠性生態(tài)系統(tǒng)：最大化技術(shù)價值以服務(wù)多元化市場”的主題演講。本文提供了他演講的一些亮點，包括他對這些原則的強調(diào)。
技術(shù)產(chǎn)品和可靠性評估
何博士指出，“技術(shù)資格認證程序需要針對應(yīng)用量身定制。具體而言，MEMS 技術(shù)的評估需要獨特的方法。考慮超聲波檢測器的情況，在該檢測器的最終用途中，檢測器浸入獨特的介質(zhì)中。我們的可靠性評估方法需要反映該應(yīng)用環(huán)境。”
對于更傳統(tǒng)的微電子技術(shù)，可靠性評估側(cè)重于加速設(shè)備和互連的缺陷機制：
熱載流子注入 (HCI)
偏置溫度不穩(wěn)定性（pFET 為 NBTI，nFET 為 PBTI）
時間相關(guān)的介電擊穿 (TDDB)
電遷移（用于互連和通孔）
請注意，這些機制高度依賴于溫度。
隨著我們對這些機制背后的物理理解的提高，評估它們對產(chǎn)品應(yīng)用故障率影響的方法也在發(fā)展。
何博士評論說：“現(xiàn)有的 JEDEC 壓力測試標準通常基于使用 DC Vmax 電壓的機構(gòu)加速。但是，基于客戶的產(chǎn)品認證反饋與我們的技術(shù)認證數(shù)據(jù)不一致。通常，技術(shù)強加的操作環(huán)境限制更為保守。”
這對高性能計算 (HPC) 應(yīng)用特別感興趣，它們尋求在增加的電源電壓（在熱限制內(nèi)）采用升壓操作模式。
何博士繼續(xù)說：“我們正在調(diào)整我們的資格認證程序，以涵蓋更廣泛的參數(shù)。我們正在結(jié)合交流測試，結(jié)合 Vmax、頻率和占空比變量。”
NBTI/PBTI 機制中用于器件 Vt 偏移的“AC 恢復(fù)”的性質(zhì)已經(jīng)得到了一段時間的認可，并反映在器件老化模型中。何博士補充說：“我們看到了 TDDB 缺陷機制的類似恢復(fù)行為。我們也在積極尋求 AC TDDB 的可靠性評估方法和模型。”
順便說一句，何博士承認，最終應(yīng)用產(chǎn)品的利用率可能會有很大差異，并且交流可靠性測試會做出一些使用假設(shè)。他表示，臺積電與客戶合作，為他們的運營環(huán)境建立適當(dāng)?shù)睦麧櫩臻g。
新設(shè)備類型的可靠性評估
臺積電最近在其技術(shù)產(chǎn)品中添加了電阻式 RAM (RRAM) 和磁阻式 RAM (MRAM) IP。
這些技術(shù)的存儲設(shè)備中電阻變化的獨特物理性質(zhì)需要開發(fā)相應(yīng)的可靠性評估程序，以建立保持和耐久性規(guī)范。（對于 MRAM 技術(shù)，外部磁場抗擾度規(guī)范也很關(guān)鍵。）
對于這兩種技術(shù)，存儲單元寫入電流的大小和持續(xù)時間是關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。最大寫入電流是一個關(guān)鍵的可靠性因素。對于 MRAM 示例，通過磁性隧道結(jié)設(shè)置/重置存儲單元中自由磁性層的方向的高寫入電流會降低隧道勢壘。
臺積電與客戶合作，在其設(shè)計中集成寫入限流電路以解決這一問題。下圖說明了 RRAM IP 的寫電流限制器。
臺積電與客戶協(xié)作可靠性生態(tài)系統(tǒng)
除了 RRAM 和 MRAM 最大寫入電流設(shè)計考慮因素外，何博士還分享了其他客戶協(xié)作示例，這是可靠性生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。
何博士。與客戶分享了解決磁抗擾度因素的設(shè)計討論結(jié)果——下圖說明了設(shè)計集成霍爾效應(yīng)傳感器以測量局部磁場的情況。來自傳感器的反饋可用于觸發(fā)寫入周期中的糾正措施。
客戶協(xié)作活動還超出了可靠性設(shè)計 (DFR) 建議的范圍。臺積電與客戶共享缺陷帕累托數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，臺積電 DFR 和可測試性設(shè)計 (DFT) 團隊將與客戶合作，將面向缺陷的關(guān)鍵測試屏幕納入生產(chǎn)測試流程。
設(shè)計的其余部分可能需要電源管理設(shè)計方法來適應(yīng)塊級測試屏幕。
總結(jié)
在最近的 IRPS 上，臺積電展示了他們的可靠性生態(tài)系統(tǒng)，包括：
在廣泛的技術(shù)（例如，MEMS）上開發(fā)獨特的可靠性計劃
為新興技術(shù)（例如 RRAM、MRAM）開發(fā)新的可靠性方法
與客戶分享設(shè)計建議以提高最終產(chǎn)品的可靠性
在 DFR 問題上與客戶密切合作，并將客戶反饋整合到 DFT 篩選程序和持續(xù)改進流程重點中
回顧何博士的演講，這些可靠性生態(tài)系統(tǒng)舉措與臺積電的總體原則一致也就不足為奇了。
