Этот подход преодолевает ограничения традиционных методов тестирования микросхем на так называемых трехмерных микросхемах, которые включают в себя множество тонких горизонтальных «полов», соединенных друг с другом вертикальными путями, называемыми сквозными переходными отверстиями в подложке или TSV. Эти TSV необходимы для работы трехмерных микросхем, которые стали коммерчески жизнеспособными только в последние несколько лет после десятилетий непрерывных усилий отрасли по развитию.
С новым методом тестирования NIST разработчики микросхем могут найти лучший способ минимизировать эффекты «электромиграции», постоянной причины отказа микросхемы, коренящейся в износе, который непрекращающиеся потоки текущих электронов вызывают на хрупкую схему, которая их переносит. Подход NIST может дать разработчикам более быстрый способ заранее изучить характеристики материалов микросхем, тем самым предоставив больше информации и почти в реальном времени о том, какие материалы лучше всего подходят для трехмерной микросхемы.
«Наша работа показывает, что микроскопические неисправности можно обнаружить быстрее», — сказал Яу Обенг из NIST, химик-исследователь и руководитель проекта «Метрология для новых интегрированных систем». «Вместо того, чтобы ждать месяцами, мы можем увидеть в днях или часах, когда это произойдет. Вы можете запустить наши тесты на этапе выбора материала, чтобы увидеть, как обработка повлияет на конечный продукт. Если вы этого не видите, вы можете принять неправильное решение ".
Если бы трехмерный чип был высотным зданием, то TSV были бы его лифтами. Они помогают трехмерным чипам выполнять три важных задачи: ускоряться, уменьшаться и остывать. Позволяя элементам на разных этажах взаимодействовать друг с другом, сигналам больше не нужно проходить через сравнительно большой двухмерный чип, а это означает, что вычисления выполняются быстрее, а электроны при движении нагревают гораздо меньше проводящего материала.Наряду с этими преимуществами, TSV также имеют один недостаток: их надежность трудно проверить с помощью обычного метода, который включает пропускание постоянного тока через проводник и ожидание изменения его сопротивления.
Это очень трудоемкий процесс, требующий недель или даже месяцев, чтобы показать результаты. Промышленность микросхем нуждается в новом метрологическом подходе, который был бы быстрым и реалистичным и позволил бы выявить влияние на высокоскоростной сигнал, который фактически проходит через проводники.Новый метод тестирования NIST направляет микроволны через материал и измеряет изменения как в количестве, так и в качестве сигнала.
Их испытательная установка, которая имитирует реальные условия, многократно нагревает и охлаждает материал, вызывая в нем дефекты, и со временем микроволновый сигнал уменьшается в силе и затухает от чистой прямоугольной волны до заметно искаженной. .Использование микроволн дает множество преимуществ. Возможно, главным из них является то, насколько быстро метод предоставляет информацию о надежности устройства в реальном интересующем устройстве задолго до того, как оно действительно выйдет из строя — возможность, недоступная при подходе, основанном на сопротивлении.
«Перед неудачей наступает то, что мы называем« периодом покоя », когда первые дефекты разносятся по материалу, как семена на ветру», — сказал Обенг. «Микроволны показывают, как происходит этот процесс. Если вы просто посмотрите на материал с сопротивлением, вы этого не увидите, он либо жив, либо мертв».Микроволны могут выявить информацию о дефектах уже через три дня после начала тестирования, тогда как обычные тесты могут занять месяцы.По оценкам Обенга, этот метод может быть полностью внедрен промышленностью в течение нескольких лет и может дать ценную информацию.
«Такой подход позволит разработчикам материалов понять, какие материалы использовать в чипах и как их создавать», — сказал он. «Принятие правильных решений может привести к более стабильному и надежному конечному продукту. Это даст им больше информации для принятия этих решений».