Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han inventado un nuevo enfoque para realizar pruebas de múltiples capas, chips informáticos tridimensionales que ahora están apareciendo en algunos de los últimos dispositivos de consumo. El nuevo método puede ser la respuesta que la industria de los semiconductores necesita para evaluar rápidamente la confiabilidad de este modelo de construcción de chips relativamente nuevo. que apila capas de circuitos planos una encima de la otra, como los pisos de un edificio, para ayudar a que los chips sean cada vez más rápidos y estén repletos de funciones.

El enfoque supera la limitación de los métodos convencionales de prueba de chips en los llamados chips 3-D, que incluyen muchos "pisos" horizontales delgados conectados entre sí por vías verticales llamadas vías a través del sustrato, o TSV. Estos TSV son esenciales para el funcionamiento de chips 3-D, que se han vuelto comercialmente viables solo en los últimos años después de décadas de esfuerzo de desarrollo sostenido por parte de la industria.

Con el nuevo método de prueba de NIST, Los diseñadores de chips pueden tener una mejor manera de minimizar los efectos de la "electromigración, "una causa perenne de fallas de chips arraigada en el desgaste que las incesantes corrientes de electrones que fluyen infligen a los frágiles circuitos que los transportan. El enfoque del NIST podría brindar a los diseñadores una forma más rápida de explorar el rendimiento de los materiales de los chips por adelantado, proporcionando así más, y casi en tiempo real, información sobre qué materiales servirán mejor en un chip 3-D.

"Nuestro trabajo muestra que es posible detectar fallas microscópicas más rápido, "dijo Yaw Obeng del NIST, químico investigador y líder del proyecto Metrología para sistemas integrados emergentes. "En lugar de esperar meses, podemos ver en días u horas cuándo va a suceder. Puede ejecutar nuestras pruebas durante la fase de selección de material para ver cómo afectará el procesamiento al producto final. Si no puedes verlo podría tomar la decisión equivocada ".

Si un chip tridimensional fuera un edificio de gran altura, Los TSV serían sus ascensores. Ayudan a los chips 3-D a hacer tres cosas esenciales:acelerar, encogerse y refrescarse. Al permitir que los elementos de diferentes pisos se comuniquen entre sí, las señales ya no necesitan viajar a través de un chip 2-D comparativamente extenso, lo que significa que los cálculos son más rápidos y los electrones calientan mucho menos material conductor a medida que se mueven.

Junto con estas ventajas, Los TSV también tienen un inconveniente:su confiabilidad es difícil de probar con el método convencional, lo que implica pasar corriente continua a través del conductor y esperar a que cambie su resistencia. Requiere mucho tiempo, requiriendo semanas o incluso meses para mostrar resultados. La industria de chips necesita un nuevo enfoque de metrología que sea rápido y realista, y eso revelaría el impacto en la señal de alta velocidad que realmente pasa por los conductores.

El nuevo método de prueba NIST envía microondas a través del material y mide los cambios tanto en la cantidad como en la calidad de la señal. Su configuración de prueba, que simula las condiciones del mundo real, calienta y enfría repetidamente el material, provocando que desarrolle defectos, y con el tiempo la señal de microondas disminuye en fuerza y ​​decae desde una limpieza, onda de forma cuadrada a una que está notablemente distorsionada.

El uso de microondas aporta múltiples beneficios. Quizás el principal de ellos es la rapidez con la que el método proporciona información sobre la confiabilidad de un dispositivo, en el dispositivo real de interés, mucho antes de que realmente falle, una posibilidad que no está disponible con el enfoque basado en la resistencia.

"Antes de la falla viene lo que llamamos un 'período de inactividad' cuando los comienzos de los defectos se mueven a través del material, como semillas en el viento, "Dijo Obeng." Las microondas muestran que este proceso está sucediendo. Si solo miras el material con resistencia, no ves esto está vivo o muerto ".

Las microondas pueden revelar información sobre defectos tan pronto como tres días después de que comience la prueba, mientras que las pruebas convencionales pueden tardar meses.

Obeng estima que este método podría ser implementado completamente por la industria en unos pocos años. y podría proporcionar información valiosa.

"Este enfoque daría a los diseñadores de materiales una idea de qué materiales usar en los chips y cómo construirlos, ", dijo." Tomar las decisiones correctas puede resultar en un producto final que es más estable y confiable. Esto les dará más información para tomar esas decisiones ".