יבמ חושפת מחקרים במזעור שבבים
מאת אבי בליזובסקי שני, 10 אפריל 2017 00:55

חוקרים ב- IBM מציגים חידושים בתחום מזעור השבבים והייצור בטכנולוגיה בת 7 ננומטרים ואף בטכנולוגיות עתידיות, וברמת מזעור גבוהה עוד יותר. רשימת החידושים של IBM נחשפת בשורת מאמרים מדעיים, המוצגים בכנס הבינלאומי של IEEE בתחום הפיזיקה של אבטחת אמינות ייצור השבבים, המתקיים השבוע בעיר אלבני, במדינת ניו-יורק.

המאמרים המדעיים עוסקים בשימוש בחומר בידוד המאפשר לשפר את המתח החשמלי התפעולי של השבב; טכניקות לבניית מודלים של LVR – שונות המרווח בין חוטי המוליך הזעירים המוטבעים בשבב הסיליקון – שונות המשפיעה על מתח העבודה של השבב; טכניקות תצוגה מוקדמת של תוצאות בדיקות השבב כבר בתהליך הייצור, המאפשרות למדוד טוב יותר את שיעורי הכשל בייצור; ושיטות השוואת הרגישות לתדר, מתח, זמן וטמפרטורה על אי-היציבות בעבודה בטרנזיסטורים המיוצרים בטכנולוגיית MOSFET הוותיקה לעומת שבבים המיוצרים בטכנולוגיית סיליקון גרמניום.

בעבודה הבוחנת תמיסות שונות המשמשות להטבעת קווי החומר המבודד על גבי פרוסות הסיליקון, בתהליך הייצור של שבבי מחשב, בוחנים חוקרי IBM את התנהגות החומר המבודד במימדים של 6 ננומטר – הנדרשים בשבבים מהדור החדש, שבהם רוחב המוליך עצמו עומד על 7 ננומטר בלבד. הבנת הקשר בין אורך החיים של החומרים האלה ובין רמת המתח החשמלי שבה יפעל השבב, היא עניין קריטי להבטחת עבודה תקינה של השבב הסופי.
בשבבי 7 ננומטר, חזוי המתח הזולג מקווי המוליך הפנימיים של השבב לזנק בשיעור של 85% - מה שמחייב שימוש במבודד טוב יותר ממבודדי סיליקון-ניטריד (Silicon Nitride, SiN) המשמשים לצורך זה בשבבים המיוצרים כיום. החומר הנדרש, צריך להתאים לעבודה בטכנולוגיות הייצור הקיימות במפעלי המיקרואלקטרוניקה המבוססות על תהליכי CMOS. חוקרי IBM גילו, כי תרכובות סיליקון-בורון-פחמן-ניטריד SiBCN, וסיליקון-חמצן-פחמן-ניטריד SiOCN, עומדות בדרישות הייחודיות אותן מציבים תהליכי הייצור החדשים.

IBM כבר יישמה את טכנולוגיות SiBCN בסביבת הייצור של שבבי 14 ננומטר, 10 ננומטר ו- 7 ננומטר. הטכנולוגיה החדשה הזאת מתגלה כגישה מאוזנת לשיפור ביצועי השבבים המיוצרים – ובמקביל גם לשיפור תפוקת השבבים התקינים בקו הייצור (yield).

היבט קריטי אחר של מבודדים המשפיע על כשלים אפשריים של השבב, הוא חספוס שולי הפס (Line Edge Roughness – LER), והשונות האקראית השל פס הרווח בין שני מוליכים שכנים על גבי השבב, הנובעת מהחספוס הזה. רמת ה- LER ומשתנים אקראיים אחרים תלויה בעיקר בתהליכי הייצור של השבב. השונות של פס הרווח משפיעה על ביצועי המבודד ועל מידת התלות במתח העבודה. שני מחקרים חדשים של IBM, מציגים דרכים לבניית מודלים של LER המאפשרים לחזות בדיוק את מידת ההשפעה שתהיה למתח החשמלי על אמינות השבב.
מדידת הרמה המירבית של הפרשי מתח שאותם ניתן להפעיל על האיזור המבודד בשבב לפני שהמבודד הזה קורס, היא חלק קריטי בבדיקות שבבים בתהליך הפיתוח, הייצור ובדיקות הקבלה לפני שילוב השבבים במערכות.

מדובר בתהליך הדורש זמן רב, שבו לא ניתן לצפות מראש אלו שבבים יציגו את תוחלת החיים הקצרה ביותר. ב- IBM פיתחו טכניקת מחשוב קוגניטיבי לסריקה מקדימה אופטימאלית ולתזמון בדיקות, המאפשרת שיפור דרמטי ביעילות הבדיקות האלה.

נושא אחר הנוגע לאמינות השבב בעבודה לטווח ארוך בסביבת מתח בלתי יציבה, נחקר בעבודה שלישית אותה מציגים מומחי IBM בשיתוף עם מכון ITT בומביי. החוקרים השוו בין שבבים המיוצרים בשיטה המסורתית של ערוצי סיליקון בטרנולוגיית MOSFET ובין כאלה המיוצרים בטכנולוגיית סיליקון-גרמניום