回顧關(guān)于MOS-AK 北京器件模型會議可靠性報告的發(fā)展

2018年6月14-16日在北京清華舉辦的MOS-AK 北京器件模型國際會議收到了幾篇器件模型可靠性的報告，總體來說，器件模型可靠性雖然屬于模型中的小眾方向，但是對于特別環(huán)境下的電路設(shè)計 ，做到Design for Reliablity非常重要，這增加了設(shè)計，產(chǎn)品本身的附加價值，同時也讓擁有可靠性模型的設(shè)計團(tuán)隊，處于細(xì)分市場的領(lǐng)先地位，不容易被模仿。下面簡單介紹來自于Cogenda, Synopsys, Cadence, SIMIT 的報告前瞻。

1. 3D Simulations of Single-Event Effects in Power MOSFETs : Burn-out, Latch-up and Hardening by Design

功率MOSFET， LDMOS，VDMOS頻繁用于太空的載星電子系統(tǒng)，而他們?nèi)菀卓赡茉獾絾瘟Ｗ訜龤В⊿EB）和單粒子鎖定(SEL) 效應(yīng)導(dǎo)致失效。

先前的研究都是基于二維模擬進(jìn)行，導(dǎo)致模擬準(zhǔn)確性有限制，由于單粒子效應(yīng)在非常密集的電子-空穴對的薄軌道上非常局部化，在縱向和所有橫向方向上都分散，因此限制在2D中的模擬嚴(yán)重低估了這個現(xiàn)象。報告主要通過3D TCAD來模擬VDMOS的SEB和LDMOS 的SEL現(xiàn)象，獲得進(jìn)一步驗證。

這篇報告對于做這個方向的電路設(shè)計的工作者，非常好的指導(dǎo)，必須在前期的設(shè)計中考慮當(dāng)前使用模型本身的局限性，通過TCAD仿真和模型的再開發(fā)，延伸，讓電路中使用的模型更貼切實際。

2. A Novel Method of Total Ionizing Dose Compact Modeling in PD SOI MOSFETs

SOI 是非常熱門的一個方向，應(yīng)用很廣泛，隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，小尺寸SOI MOSFET開始應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域，使得器件在使用中面臨了深空輻射環(huán)境的挑戰(zhàn)。本篇報告對部分耗盡型PD-SOI MOSFET，提出了一種新的總電離劑量TID建模方法，開發(fā)了一個用于TID模型提取的專用軟件TID FIT。為了驗證新模型，進(jìn)行了射線輻照實驗，并且在測量和模擬結(jié)果之間取得很好的一致性。這篇報告給設(shè)計人員提供了很好的工具，讓電路設(shè)計獲得更準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，提高電路性能。

3. Challenges and Solutions in Modeling and Simulation of Device Self-heating, Reliability Aging and Statistical Variability Effects

FinFET和FDSOI是先進(jìn)的工藝技術(shù)節(jié)點采用的新的器件創(chuàng)新來繼續(xù)保持摩爾定律。在這些器件結(jié)構(gòu)中，器件自熱效應(yīng)（SHE）和應(yīng)力引起的器件可靠性老化效應(yīng)變得更加突出，并且必須考慮到設(shè)計關(guān)斷的影響。此外，用于高壓、高功率汽車應(yīng)用的BCD工藝還需要器件老化和自熱感知的設(shè)計和驗證，因為ISO26262對汽車相關(guān)產(chǎn)品提出的越來越嚴(yán)格的可靠性和安全性要求，所以需要一種有效的基于仿真的失效模式影響分析（FMEA）和失效模式效應(yīng)和診斷分析（FMEDA）來確定產(chǎn)品的安全水平，并通過系統(tǒng)的方法，把器件老化，自熱和統(tǒng)計變異性的影響考慮進(jìn)去，而傳統(tǒng)的緊湊型模型已不再足夠，SPICE級電路仿真產(chǎn)品也需要定義和擴(kuò)展，用以確保越來越復(fù)雜的設(shè)計和驗證要求。

4. A Complete Reliability Solution: Reliability Modeling, Applications, and Integration in Analog Design Environment

報告介紹完整的工業(yè)級可靠性解決方案，包括可靠性建模（AGEMOS和AGEMOS2）、可靠性蒙特卡洛分析方法和可靠性模擬設(shè)計環(huán)境（ADE）集成。AGEMOS是在擁有眾多用戶和各種各樣的反饋下，內(nèi)容非常豐富。先進(jìn)的節(jié)點有新的可靠性效應(yīng)，如HCI飽和效應(yīng)，AGEMOS2是為了解決在FinFET HCI和BTI老化中發(fā)現(xiàn)的各種問題, 而且AGEMOS2具有準(zhǔn)確的NBTI恢復(fù)效應(yīng)模型 。 隨著器件幾何尺寸的縮小，必須考慮器件本身的變化，開發(fā)出能夠考慮器件加工變化和可靠性老化變化的蒙特卡洛方法，并考慮加工與可靠性老化變化的相關(guān)性?？煽啃悦商乜蹇梢杂脕眚炞C設(shè)計的魯棒性和良率?？煽啃阅Ｐ秃吞卣骷傻紺adence模擬設(shè)計環(huán)境（ADE）中，為設(shè)計者提供了執(zhí)行各種可靠性仿真和分析的簡單方法。目前，所有這些功能都得到了仿真器的支持，為設(shè)計者提供更準(zhǔn)確的接近產(chǎn)品實際結(jié)果的仿真。

隨著電子產(chǎn)品應(yīng)用的廣泛，在不同領(lǐng)域，比如汽車、醫(yī)療、工業(yè)、航天天空及國防應(yīng)用等產(chǎn)品都會遇到生命週期可靠性的問題，因此，在這個層面，基于半導(dǎo)體廠工藝的模型開發(fā)是重中之重，同時如何和EDA廠商合作，獲得接近產(chǎn)品實際特性的仿真結(jié)果也有很多協(xié)同工作要做。有一點可以確認(rèn)，模型從業(yè)人員通過模型二次開發(fā)的核心價值來獲得獨特的設(shè)計這個角度去看，相信將來會有很多基于模型擴(kuò)展基礎(chǔ)上的小而美的設(shè)計公司創(chuàng)立，因為歐洲已經(jīng)有很多創(chuàng)新公司值得我們借鑒。

本次MOS-AK北京活動的具體日程安排，可以點擊“閱讀原文”獲得。目前安排20篇演講報告，其中防輻射，高可靠性模型這塊的報告有4篇， III-V族高頻微波有7篇， 先進(jìn)節(jié)點有3篇，器件基礎(chǔ)原理有2 篇，電路產(chǎn)品應(yīng)用有2篇，模型，測試平臺相關(guān)的2篇。

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