IBM在近日於美國矽谷舉行的年度IEEE國際可靠度物理研討會(International Reliability Physics Symposium,IRPS)上發表了新型絕緣體,該種材料有兩種型態──氮碳化矽硼(SiBCN)以及氮碳氧化矽(SiOCN),號稱兩者都能讓晶片性能與良率有所提升。

此外IBM還展示了如何在線路之間填充SiBCN或SiOCN,來建立線邊緣粗糙度(line edge roughness,LER)變異的模型,以及透過預先篩選晶片測試達到更有效量測故障率、讓晶片性能最佳化的新技術。

在一篇題為「氮化矽(SiN)、SiBCN與SiOCN間隔介質之時間相依介電質擊穿(Time Dependent Dielectric Breakdown of SiN, SiBCN and SiOCN Spacer Dielectric)」的論文中,IBM Research電氣特性暨可靠度經理James Stathis描述了(22奈米製程晶片上的)10奈米厚度SiBCN與SiOCN間隔介質性能如何超越SiN,以及在7奈米製程測試晶片採用6奈米厚度絕緣介質的實驗。

IBM打算在14奈米製程節點(已經於GlobalFoundries生產)導入SiBCN絕緣體,而SiOCN將在7奈米節點採用;Stathis透露,IBM期望可在5奈米節點使用終極絕緣體──氣隙(air gap)。

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IBM Research的James Stathis表示,SiBCN與SiOCN的介電常數低於Power 9處理器採用的SiN
(來源:IBM Research)

Stathis指出,精確建立依據晶片運作電壓決定的絕緣體材料壽命十分重要,因為在先進製程節點,若採用一般的SiN間隔介質,寄生電容會佔據整體元件電容的85%;但藉由利用具備較低介電常數的材料如SiBCN與SiOCN,可降低寄生電容並因此改善晶片性能、提升良率。

LER也是造成寄生電容的因素,IBM在另外兩篇分別題為「LER衝擊隨機模型(A Stochastic Model for the Impact of LER)」以及「全面性LER衝擊模型建立新方法(A New and Holistic Modeling Approach for the Impact of Line-Edge Roughness)」的論文中,展示了LER如何在間隔線路的絕緣體內導致隨機變異,並對介電電壓/時間相依度帶來不良影響;而IBM指出,採用其全面性隨機模型,能在先進製程節點對整體晶片可靠性進行更精確的電壓效應預測。

IBM無晶圓廠可靠度小組(Fabless Reliability Group)的工程師,可以展示如何利用感知運算演算法,更精確預測上述新型絕緣體的介電質擊穿點;一旦採用新絕緣體的晶片開始生產,這種新的「智慧」方法號稱能大幅改善測試實際晶片時的效率。其方法能在新一代晶圓製程被批准之前,實現最佳化的預篩選與測試順序。

編譯:Judith Cheng