Ces diagrammes « de l'œil » révèlent la quantité de bruit présente dans un signal numérique. Au fur et à mesure que le signal devient plus bruyant, sa forme caractéristique se déforme, rétrécissant le centre pour qu'il ressemble à une fermeture des yeux. La nouvelle méthode de test des puces 3D du NIST fait passer les micro-ondes à travers le matériau des puces, permettant aux chercheurs de détecter rapidement les défauts qui créeraient du bruit et de faire passer le diagramme de la clarté aux yeux ouverts de l'image du haut à la distorsion plus stridente du bas. Crédit :Y. Obeng et N. Hanacek/NIST
Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont inventé une nouvelle approche pour tester plusieurs couches, puces informatiques tridimensionnelles qui apparaissent maintenant dans certains des derniers appareils grand public. La nouvelle méthode peut être la réponse dont l'industrie des semi-conducteurs a besoin pour évaluer rapidement la fiabilité de ce modèle de construction de puce relativement nouveau, qui empile des couches de circuits plats les unes sur les autres comme les sols d'un bâtiment pour aider à rendre les puces toujours plus rapides et riches en fonctionnalités.
L'approche surmonte la limitation des méthodes de test de puces conventionnelles sur les puces dites 3-D, qui comprennent de nombreux « planchers » horizontaux minces reliés les uns aux autres par des chemins verticaux appelés vias traversant le substrat, ou TSV. Ces TSV sont indispensables au fonctionnement des puces 3D, qui ne sont devenus commercialement viables qu'au cours des dernières années, après des décennies d'efforts de développement soutenus par l'industrie.
Avec la nouvelle méthode de test du NIST, les concepteurs de puces peuvent avoir un meilleur moyen de minimiser les effets de « l'électromigration, " une cause permanente de défaillance des puces enracinée dans l'usure que les flux incessants d'électrons en circulation infligent aux circuits fragiles qui les transportent. L'approche du NIST pourrait donner aux concepteurs un moyen plus rapide d'explorer à l'avance les performances des matériaux des puces, fournissant ainsi plus, et presque en temps réel, aperçu des matériaux qui serviront le mieux dans une puce 3D.
"Notre travail montre qu'il peut être possible de détecter plus rapidement les défaillances microscopiques, " a déclaré Yaw Obeng du NIST, chimiste de recherche et leader du projet Metrology for Emerging Integrated Systems. "Au lieu d'attendre des mois, nous pouvons voir en jours ou en heures quand cela va arriver. Vous pouvez exécuter nos tests pendant la phase de sélection des matériaux pour voir comment le traitement affectera le produit final. Si vous ne pouvez pas le voir, vous pourriez prendre la mauvaise décision."
Si une puce 3D était un immeuble de grande hauteur, Les TSV seraient ses ascenseurs. Ils aident les puces 3D à faire trois choses essentielles :accélérer, rétrécir et se refroidir. En permettant aux éléments de différents étages de communiquer entre eux, les signaux n'ont plus besoin de traverser une puce 2D relativement tentaculaire, ce qui signifie que les calculs vont plus vite et que les électrons chauffent beaucoup moins de matériau conducteur lorsqu'ils se déplacent.
Parallèlement à ces avantages, Les TSV présentent également un inconvénient :leur fiabilité est difficile à tester avec la méthode conventionnelle, qui consiste à faire passer un courant continu dans le conducteur et à attendre que sa résistance change. Il prend beaucoup de temps, nécessitant des semaines voire des mois pour montrer des résultats. L'industrie des puces a besoin d'une nouvelle approche métrologique qui soit rapide et réaliste, et cela révélerait l'impact sur le signal à grande vitesse qui traverse réellement les conducteurs.
La nouvelle méthode de test NIST envoie des micro-ondes à travers le matériau et mesure les changements dans la quantité et la qualité du signal. Leur configuration de test, qui simule des conditions réelles, chauffe et refroidit à plusieurs reprises le matériau, l'amenant à développer des défauts, et au fil du temps, le signal micro-ondes diminue en force et se désintègre d'un propre, vague de forme carrée à une qui est sensiblement déformée.
L'utilisation des micro-ondes apporte de multiples avantages. Le principal d'entre eux est peut-être la rapidité avec laquelle la méthode fournit des informations sur la fiabilité d'un appareil, dans le dispositif d'intérêt réel, bien avant qu'il n'échoue réellement - une possibilité indisponible avec l'approche basée sur la résistance.
"Avant l'échec vient ce que nous appelons une "période de repos" où les débuts de défauts soufflent à travers le matériau, comme des graines dans le vent, " a déclaré Obeng. " Les micro-ondes montrent que ce processus se produit. Si vous regardez simplement le matériau avec une résistance, tu ne vois pas ça, il est soit vivant, soit mort."
Les micro-ondes pourraient révéler des informations sur les défauts aussi rapidement que trois jours après le début des tests, alors que les tests conventionnels peuvent prendre des mois.
Obeng estime que cette méthode pourrait être pleinement mise en œuvre par l'industrie d'ici quelques années, et pourrait fournir des informations précieuses.
"Cette approche donnerait aux concepteurs de matériaux un aperçu des matériaux à utiliser dans les puces et de la façon de les construire, ", a-t-il déclaré. " Prendre les bonnes décisions peut aboutir à un produit final plus stable et plus fiable. Cela leur donnera plus d'informations pour prendre ces décisions."
