從之前的眾多報道中，SemiWiki 讀者已經看到這些概念如何應用于制造和封裝技術路線圖，這些路線圖繼續以驚人的節奏前進。然而，臺積電對工藝和客戶產品可靠性評估的關注通常很少被提及——這些原則也是臺積電可靠性生態系統的基礎。

在最近的國際可靠性物理研討會（IRPS 2022）上，臺積電企業質量與可靠性副總裁何軍博士發表了題為  “新可靠性生態系統：最大化技術價值以服務多元化市場”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。

技術產品和可靠性評估

何博士指出，“技術資格認證程序需要針對應用量身定制。具體而言，MEMS 技術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中。我們的可靠性評估方法需要反映該應用環境。”

對于更傳統的微電子技術，可靠性評估側重于加速設備和互連的缺陷機制：

熱載流子注入 (HCI)

偏置溫度不穩定性（pFET 為 NBTI，nFET 為 PBTI）

時間相關的介電擊穿 (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，評估它們對產品應用故障率影響的方法也在發展。

何博士評論說：“現有的 JEDEC 壓力測試標準通常基于使用 DC Vmax 電壓的機構加速。但是，基于客戶的產品認證反饋與我們的技術認證數據不一致。通常，技術強加的操作環境限制更為保守。”

這對高性能計算 (HPC) 應用特別感興趣，它們尋求在增加的電源電壓（在熱限制內）采用升壓操作模式。

何博士繼續說：“我們正在調整我們的資格認證程序，以涵蓋更廣泛的參數。我們正在結合交流測試，結合 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”的性質已經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，最終應用產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。他表示，臺積電與客戶合作，為他們的運營環境建立適當的利潤空間。

新設備類型的可靠性評估

臺積電最近在其技術產品中添加了電阻式 RAM (RRAM) 和磁阻式 RAM (MRAM) IP。

這些技術的存儲設備中電阻變化的獨特物理性質需要開發相應的可靠性評估程序，以建立保持和耐久性規范。（對于 MRAM 技術，外部磁場抗擾度規范也很關鍵。）

對于這兩種技術，存儲單元寫入電流的大小和持續時間是關鍵設計參數。最大寫入電流是一個關鍵的可靠性因素。對于 MRAM 示例，通過磁性隧道結設置/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。

 

臺積電與客戶協作可靠性生態系統

 

除了 RRAM 和 MRAM 最大寫入電流設計考慮因素外，何博士還分享了其他客戶協作示例，這是可靠性生態系統的關鍵要素。

 

何博士。與客戶分享了解決磁抗擾度因素的設計討論結果——下圖說明了設計集成霍爾效應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寫入周期中的糾正措施。

 

 

 

客戶協作活動還超出了可靠性設計 (DFR) 建議的范圍。臺積電與客戶共享缺陷帕累托數據。相應地，臺積電 DFR 和可測試性設計 (DFT) 團隊將與客戶合作，將面向缺陷的關鍵測試屏幕納入生產測試流程。

 

設計的其余部分可能需要電源管理設計方法來適應塊級測試屏幕。

 

總結

在最近的 IRPS 上，臺積電展示了他們的可靠性生態系統，包括：

在廣泛的技術（例如，MEMS）上開發獨特的可靠性計劃

為新興技術（例如 RRAM、MRAM）開發新的可靠性方法

與客戶分享設計建議以提高最終產品的可靠性

在 DFR 問題上與客戶密切合作，并將客戶反饋整合到 DFT 篩選程序和持續改進流程重點中

 

回顧何博士的演講，這些可靠性生態系統舉措與臺積電的總體原則一致也就不足為奇了。