7nm、5nm芯片性能爆发！IBM研发出终极绝缘体

jackzhang

IBM在近日于美国硅谷举行的年度IEEE国际可靠度物理研讨会(International Reliability Physics Symposium，IRPS)上发表了新型绝缘体，该种材料有两种型态──氮碳化硅硼(SiBCN)以及氮碳氧化硅(SiOCN)，号称两者都能让芯片性能与良率有所提升。

此外IBM还展示了如何在线路之间填充SiBCN或SiOCN，来建立线边缘粗糙度(line edge roughness，LER)变异的模型，以及透过预先筛选芯片测试达到更有效量测故障率、让芯片性能优化的新技术。

在一篇题为《氮化硅(SiN)、SiBCN与SiOCN间隔介质之时间相依介电质击穿(Time Dependent Dielectric Breakdown of SiN, SiBCN and SiOCN Spacer Dielectric)》的论文中，IBM Research电气特性暨可靠度经理James Stathis描述了(22纳米制程芯片上的) 10纳米厚度SiBCN与SiOCN间隔介质性能如何超越SiN，以及在7纳米制程测试芯片采用6纳米厚度绝缘介质的实验。

IBM打算在14纳米制程节点(已经于GlobalFoundries生产)导入SiBCN绝缘体，而SiOCN将在7纳米节点采用；Stathis透露，IBM期望可在5纳米节点使用终极绝缘体──气隙(air gap)。

IBM Research的James Stathis表示，SiBCN与SiOCN的介电常数低于Power 9处理器采用的SiN。

Stathis指出，精确建立依据芯片运作电压决定的绝缘体材料寿命十分重要，因为在先进制程节点，若采用一般的SiN间隔介质，寄生电容会占据整体组件电容的85%；但藉由利用具备较低介电常数的材料如SiBCN与SiOCN，可降低寄生电容并因此改善芯片性能、提升良率。

LER也是造成寄生电容的因素，IBM在另外两篇分别题为「LER冲击随机模型(A Stochastic Model for the Impact of LER)」以及「全面性LER冲击模型建立新方法(A New and Holistic Modeling Approach for the Impact of Line-Edge Roughness)」的论文中， 展示了LER如何在间隔线路的绝缘体内导致随机变异，并对介电电压/时间相依度带来不良影响；而IBM指出，采用其全面性随机模型，能在先进制程节点对整体芯片可靠性进行更精确的电压效应预测。

IBM无晶圆厂可靠度小组(Fabless Reliability Group)的工程师，可以展示如何利用感知运算算法，更精确预测上述新型绝缘体的介电质击穿点；一旦采用新绝缘体的芯片开始生产，这种新的「智能」方法号称能大幅改善测试实际芯片时的效率。 其方法能在新一代晶圆制程被批准之前，实现优化的预筛选与测试顺序。

                               
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张学胜

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