Redundanz in Repeaternetzwerken auf ULSI-Chips zur Erhöhung der funktionalen und parametrischen Ausbeute

Konferenz: Zuverlässigkeit und Entwurf - 2. GMM/GI/ITG-Fachtagung
29.09.2008 - 01.10.2008 in Ingolstadt, Germany

Tagungsband: Zuverlässigkeit und Entwurf

Seiten: 8Sprache: DeutschTyp: PDF

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Autoren:
Panitz, P.; Olbrich, M.; Barke, E. (Institut für Mikroelektronische Systeme, Leibniz Universität Hannover)
Bühler, M.; Koehl, J. (IBM Deutschland Research and Development GmbH, Böblingen)

Inhalt:
Die Halbleiterindustrie leidet unter von Technologieknoten zu Technologieknoten steigenden Ausbeuteverluste. Diese Herausforderung kann von zwei Seiten angegangen werden. Zum einen ist es nötig den Fertigungsprozess ständig zu verbessern. Zum anderen kann der Designer während des Schaltungsentwurfs Methoden verwenden, die die Robustheit der Schaltung gegen Fehlerquellen während der Fertigung steigern. Eine unvermeidbare Fehlerquelle sind die zufälligen Punktdefekte, die durch Verunreinigungen während der Fertigung verursacht werden. Eine Entwurfsmethode um vor diesen Ausfällen in Bezug auf Verdrahtungsnetzwerke zu schützen, wird in diesem Beitrag vorgestellt. Beim 0,25-mm-Technologieknoten vollzog sich ein Materialwechsel von Aluminium zu Kupfer, verursacht durch die besseren Timingeigenschaften des Kupfers. Durch den additiven Fertigungsprozess der Kupferleitbahnen wirken sich zufällige Punktdefekte grundsätzlich anders aus. Verschmutzungen und Prozessunregelmäßigkeiten wirken sich in Kupfertechnologie viel öfter in Leitungsunterbrechungen aus als in Aluminiumtechnologien. War der Anteil an Leitungsunterbrechungen bei Aluminium noch zu vernachlässigen, ist die Zahl der Leitungsunterbrechungen inzwischen um den Faktor 3 größer als die Zahl der Kurzschlüsse. Außerdem ist ein Großteil der Unterbrechungen auf offene Leitungen in der Verdrahtungsebene und nicht auf offene Vias zurückzuführen, was den Erfolg von redundanten Vias zur Ausbeuteerhöhung limitiert. Diese neue Eigenschaft führte zur Einführung des sogenannten ’Nontree routings’, bei dem meistens ein Verdrahtungsbaum durch das Zufügen von Leitungen so ergänzt wird, dass Zyklen entstehen, die wiederum Defekte durch offene Leitungen maskieren können. Bisher wurde noch kein Ansatz vorgestellt, der es erlaubt, offene Leitungen auch in Repeaternetzwerken durch Zyklen zu maskieren. Repeater linearisieren die Signalverzögerungszeit und verbessern die Signalqualität. Eine solche Anwendung ist von großer Bedeutung, da die Zahl der Netze, in die Repeater eingefügt werden, von Technologieknoten zu Technologieknoten steigt. Es wird vorausgesagt, dass bei 32 nm mehr als die Hälfte aller Zellen Repeater sein werden. Dieser Beitrag präsentiert eine neue Schaltungstechnik für robuste Repeaternetzwerke mit Leitungszyklen. Ein neuartiges Entwurfsverfahren, das leicht in einen baumbasierten Entwurfsablauf integriert werden kann, wird vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zu Repeaterbäumen eine hohe Ausfallsicherheit bei kaum erhöhter Leitungslänge erreicht wird. Außerdem werden die Auswirkungen von Parametervariationen auf die Performance wirksam reduziert.