IBM發表新型絕緣體 助力先進位程晶元良率

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──氮碳化硅硼(SiBCN)以及氮碳氧化硅(SiOCN)，號稱兩者都能讓晶元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元測試達到更有效量測故障率、讓晶元性能優化的新技術。

在一篇題為《氮化硅(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納米製程晶元上的) 10納米厚度SiBCN與SiOCN間隔介質性能如何超越SiN，以及在7納米製程測試晶元採用6納米厚度絕緣介質的實驗。

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

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。

Stathis指出，精確建立依據晶元運作電壓決定的絕緣體材料壽命十分重要，因為在先進位程節點，若採用一般的SiN間隔介質，寄生電容會佔據整體組件電容的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元性能、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，能在先進位程節點對整體晶元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元開始生產，這種新的「智能」方法號稱能大幅改善測試實際晶元時的效率。 其方法能在新一代晶圓製程被批准之前，實現優化的預篩選與測試順序。

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