半导体器件老化问题是如何出现的？如何解决半导体器件老化问题？.doc

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1、半导体器件老化问题是如何出现的？如何解决半导体器件老化问题？　　先进特征尺寸节点上，芯片老化是个日益严重的问题，但到目前为止，大多数设计团队都没有必要处理它。随着新的可靠性要求在汽车等市场的提出，这些需要对影响老化的因素进行全面分析，这将发生重大变化。　　冗余设计　　Moortec公司首席执行官StephenCrosher说：“半导体器件随着时间的推移逐渐老化，我们都知道，但通常不太了解老化机制或导致芯片失效的制约因素。此外，根据应用的不同，对器件的最短寿命有确定的要求。对于消费类设备可能是2或

2、3年，对于电信设备可能长达10年。鉴于老化过程复杂且通常难以完全预测，如今许多芯片设计经常采取冗余设计的方法，以确保足够的余量来满足可靠寿命工作的要求。　　理解底层物理特性至关重要，因为它可能导致意外的结果和漏洞。常用方法中的冗余设计不再是可行的选择，特别是当竞争对手使用更好的设计和分析技术，这些来限制对冗余设计的需要。　　高可靠需求在增长　　需要高可靠性的器件类型正在增长。Cadence高级产品经理ArtSchaldenbrand指出：“用于基站或服务器场合的先进节点设备有非常严格的可靠性要求

3、，它们每周7天，每天24小时运营。这是持续的压力。然后是关键任务应用。很多人都关注汽车，但还包括工业应用或失败成本非常高的空间应用，一旦卫星被送入太空，你希望它能够工作直到它的使用寿命结束。”　　更令人不安的是，一些失败模式是统计的。Crosher说：“如果老化过程可以变得更加确定，或你能够实时监控老化过程，那么你可以减少冗余设计。你可以开发能够对老化做出反应和调整的芯片，甚至可以预测何时可能发生芯片故障。”　　老化的物理机制　　首先我们必须了解老化的根本原因。ANSYS首席技术专家Jo&ati

4、lde;oGeada解释道：“当设计受到电应力时会造成损坏，有些事情发生在金属和晶体管上。”　　晶体管在多个方面易受攻击。隶属西门子的Mentor的AMS集团高级产品工程经理AhmedRamadan说：“有三种主要退化机制影响MOSFET，FinFET或FD-SOI器件，会改变器件的阈值电压，继而影响器件的驱动电流，导致器件减速，减慢整个电路的速度。”最终，在持续的压力下，器件可能会完全停止运行。使晶体管易受攻击的三个机制是：　　负偏压温度不稳定性（NBTI）：这是由于在电介质上施加足够长时间的

5、静电电压。　　热载流子注入（HCI）：如果你足够快地摆动电压，电子的速度非常快，并可将自身嵌入电介质中。Geada表示。“事实证明，因为物理机制以及我们正在使用的电流和器件，这是一个很小的影响。”　　与时间相关的介质击穿（TDDB）：这可能导致氧化层的击穿并导致栅极泄漏和随后的器件击穿。Geada解释道：“TDDB类似于静电放电（ESD），但ESD通常是一个非常短、非常高脉冲、高能量事件，而TDDB则是长时间暴露于接近常规工作电压的更温和的场中，它最终将击穿氧化层并具有相同的效果，即穿过栅极并阻

6、止晶体管工作。”　　　　图为NBTI对SRAM单元的影响。资料