信頼性シミュレーション
信頼性シミュレーションサービスでは、ホットキャリア、NBTI評価用のTEG・要素回路の設計、TEG・要素回路・LSIの特性測定・劣化特性評価、回路シミュレーション用のSPICEパラメータ抽出、劣化前後のSPICEパラメータの設定、素子劣化モデルの抽出、および回路シミュレーション用の劣化モデル構築など、回路設計段階で必要となる環境の構築までお手伝いします。本サービスにより、回路設計段階における信頼性の創りこみが可能となります。具体的には、設計者が自分の設計している回路性能が10年後にどうなるかをシミュレーションにより把握することで、危険な回路に対して対策を講じることができるようになります。経時変化を伴う信頼性の確保の課題として、代表的なものにホットキャリア、NBTIがあります。これらの信頼性を確保するには、プロセスのみならず設計段階における対策が必要です。
- 評価用TEG・要素回路の設計
- TEG・要素回路・LSIの測定
- 回路シミュレーション用のSPICEパラメータ抽出
- 劣化前後のSPICEパラメータの設定
- 素子劣化モデルの抽出
- 回路シミュレーション用の劣化モデル構築
設計・プロセス起因の故障とは
ウェーハプロセスの微細化が進み、ストレス電界の増加、電流密度の増大、内部配線応力の増加、多層配線化などの要因により、設計マージンが少なくなる傾向にあります。また、LSI性能も高速化しているために、わずかな素子特性の経時変動で動作不良を起こし、LSIの故障として健在化することになります。これらを防止するには、プロセスの工程管理、デバイスの構造最適化のほかに、LSIの設計段階より、特性変動を織り込んだ回路設計を行うなどの対応策が必要と考えられます。
故障メカニズムの種類
- 電圧ストレスによる特性劣化
HCI：Hot Carrier Injectionによる劣化
NBTI ：Negative Bias Temperature Instability - ゲート絶縁膜の経時破壊
TDDB：Time Dependent Dielectric Breakdown - ソフトエラー
- ストレスマイグレーション
ホットキャリア：HC（Hot Carrier）現象とは？
ホットキャリアによる素子劣化は、チャネルのキャリア（電子または正孔）が、高電界領域で電界加速により大きなエネルギーを得ることで引き起こされる現象です。大きなエネルギー得た電子は、電位障壁を乗り越えゲート酸化膜中に注入され、トラップされます。その結果、MOSFET のしきい値電圧（Vth）および伝達コンダクタンス（gm）などの特性が劣化します。ホットキャリア劣化を加速する要因には電源電圧、チャネル長、保護膜中の水素、温度などがあります。
NBTI （Negative Bias Temperature Instability）現象とは？
NBTIとは、トランジスタのゲート電極に対して基板の電位が負の状態でチップの温度が高まると，p型トランジスタのしきい値電圧の絶対値が次第に大きくなっていく現象です。ゲート・ボディ間にバイアスが印加されると、エネルギーの高いホットホールが発生し、そのホールがゲート酸化膜に注入され、素子の劣化を引き起こします。そのため、NBTI劣化は、印加電圧を下げることで大幅に緩和されます。
【お問い合わせ先】
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