Gradient Thermal Analysis by Induced Stimulus

2009 ◽  
Author(s):  
Jim Colvin
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Deep Submicron ◽  
Temperature Sensitive ◽  
Thermal Gradients ◽  
Small Signal ◽  
3 Dimensional ◽  
Analysis Techniques ◽  
Dc Power ◽  
Leakage Path ◽  
Measured Response

Abstract In the field of failure analysis of integrated circuits, diagnosing functional failures is a requirement. Traditional beam-based analysis techniques use a scanning laser or ebeam to induce a parametric shift, which is monitored through changes in current or voltage driven to the device. Deep submicron technologies frustrate these analytical methods due to the nearly immeasurable parametric shifts externally caused by a small signal leakage path internally. These internal failures can be identified functionally by timing, temperature or voltage dependencies but the exact location of the fault is difficult to isolate. SIFT (Stimulus Induced Fault Test), RIL (Resistive Interconnect Localization) and SDL (Soft Defect Localization) can identify anomalies functionally using induced thermal gradients to the metal but does not address how to analyze embedded temperature sensitive defects inaccessible to the laser. 1,2,3,4 Stacked die and similar 3 dimensional (3D) devices complicate the analysis requiring destruction/removal of one or more die. This paper will show how to create quantifiable thermal gradients to a defect and triangulate the location of the defect in 1, 2, and 3 dimensions as follows: 1. Apply a differential temperature gradient across the device in each of the X,Y, and Z-axes. The defect is localized based on its measured response in the gradient as the gradient sweeps across. 2. Induce a gradient with a laser and use the measurement of DC power required to relate the distance to the defect from various locations in relation to a heat sink. 3. Measure the time of flight of the thermal propagation to a defect from known laser positions to triangulate the location of the defect.

Functional Failure Analysis by Induced Stimulus

2002 ◽  
Author(s):  
Jim Colvin
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Failure Analysis ◽  
Deep Submicron ◽  
Thermal Gradients ◽  
Small Signal ◽  
Fault Testing ◽  
Analysis Techniques ◽  
Leakage Path ◽  
Design Deficiencies ◽  
External Stimuli

Abstract In the field of failure analysis of integrated circuits, diagnosing functional failures is a requirement. Traditional beam-based analysis techniques use a scanning laser or e-beam to induce a parametric shift which is monitored through changes in current or voltage driven to the device. Deep submicron technologies frustrate these analytical methods due to the nearly immeasurable parametric shifts externally caused by a small signal leakage path internally. These internal failures can be identified functionally by timing, temperature or voltage dependencies but the exact location of the fault is difficult to isolate. RIL (Resistive Interconnect Localization) is a newer technique which can identify via anomalies functionally using induced thermal gradients to the metal but does not address how to uniformly inject the thermal energy required in the silicon to analyze timing design deficiencies and other defects.[1] With SIFT (Stimulus Induced Fault Testing), numerous stimuli will be used to identify speed, fault, and parametric differences in silicon. The heart of this technique revolves around intentionally disturbing devices with external stimuli and comparing the test criteria to reference parts or timing/voltage sensitivities. Synchronous interfacing is possible to any tester without any wiring or program changes.

Combine Micro-Probing and OBIRCH to Catch Non-Recognizable Fault in RF and Mixed-Mode Integrated Circuits

2007 ◽  
Author(s):  
Cha-Ming Shen ◽  
Yen-Long Chang ◽  
Lian-Fon Wen ◽  
Tan-Chen Chuang ◽  
Shi-Chen Lin ◽  
...  
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Radio Frequency ◽  
Failure Analysis ◽  
Case Studies ◽  
Mixed Mode ◽  
Failure Mechanisms ◽  
Deep Submicron ◽  
Digital Logic ◽  
Successful Approach ◽  
Cmos Processes

Abstract Highly-integrated radio frequency and mixed-mode devices that are manufactured in deep-submicron or more advanced CMOS processes are becoming more complex to analyze. The increased complexity presents us with many eccentric failure mechanisms that are uniquely different from traditional failure mechanisms found during failure analysis on digital logic applications. This paper presents a novel methodology to overcome the difficulties and discusses two case studies which demonstrate the application of the methodology. Through the case studies, the methodology was proven to be a successful approach. It is also proved how this methodology would work for such non-recognizable failures.

Electrical Invasiveness of Grinding and Polishing Silicon Integrated Circuits Down to 1 μm Remaining Silicon Thickness

2016 ◽  
Author(s):  
Robert Chivas ◽  
Scott Silverman ◽  
Michael DiBattista ◽  
Ulrike Kindereit
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Failure Analysis ◽  
Electron Hole ◽  
Analysis Techniques ◽  
Silicon Integrated Circuits ◽  
Electron Hole Pair ◽  
Pair Generation ◽  
Silicon Thickness ◽  
Performance Timing ◽  
Grinding And Polishing

Abstract Anticipating the end of life for IR-based failure analysis techniques, a method of global backside preparation to ultra-thin remaining silicon thickness (RST) has been developed. When the remaining silicon is reduced, some redistribution of stress is expected, possibly altering the performance (timing) of integrated circuits in addition to electron-hole pair generation. In this work, a study of the electrical invasiveness due to grinding and polishing silicon integrated circuits to ultra-thin (< 5 um global, ~ 1 um local) remaining thickness is presented.

scholarly journals Efficient symbolic computation of approximated small-signal characteristics of analog integrated circuits

1995 ◽  
Vol 30 (3) ◽  
pp. 327-330 ◽  
Author(s):  
P. Wambacq ◽  
F.V. Fernandez ◽  
G. Gielen ◽  
W. Sansen ◽  
A. Rodriguez-Vazquez
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Symbolic Computation ◽  
Analog Integrated Circuits ◽  
Small Signal ◽  
Signal Characteristics

New Rapid Failure Analysis Techniques for Multilevel Metallization

MRS Bulletin ◽  
1995 ◽  
Vol 20 (11) ◽  
pp. 74-77
Author(s):  
Edward I. Cole ◽  
Richard E. Anderson
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Product Development ◽  
Failure Analysis ◽  
New Product Development ◽  
New Product ◽  
Electronics Industry ◽  
New Techniques ◽  
Analysis Techniques ◽  
Advantages And Disadvantages ◽  
Failure Site

Open interconnections on integrated circuits (ICs) are a serious and ubiquitous problem throughout the micro-electronics industry. The efforts to understand the mechanisms responsible for producing open interconnections and to develop analytical methods to localize them demonstrate the concern manufacturers have for this problem. Multiple layers of metallization not only increase the probability that an open conductor or via will occur because of the increased number of interconnections and vias but also increase the difficulty in localizing the site of the failure because upper layers may mask the failure site.Rapid failure analysis of open-conductor defects is critical in new product development and reliability assessment of ICs where manufacturing and product development delays can cost millions of dollars a day. In this article, we briefly review some standard failure analysis approaches and then concentrate on new techniques to rapidly locate open-conductor defects that would have been difficult or impossible to identify using earlier methods. Each method is described in terms of the physics of signal generation, application, and advantages and disadvantages when compared to existing methods.

Timing analysis and power integrity of integrated circuits in technologies below 60nm

2019 ◽  
Author(s):  
Μιχαήλ Τσιαμπάς
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Timing Analysis ◽  
Deep Submicron ◽  
Power Integrity

Η τεχνολογία συνεχίζει να εξελίσσεται, μειώνοντας τα μεγέθη των τρανζίστορ αποσκοπώντας και στη μείωση των ονομαστικών τάσεων τροφοδοσίας ως τον ευκολότερο τρόπο μείωσης του αποτυπώματος ισχύος. Ταυτόχρονα, οι σύγχρονες deep submicron τεχνολογίες, έχουν σταματήσει να ακολουθούνε το νόμο του Moore αναφορικά με τα όρια τάσης, μειώνοντας το περιθώριο κανονικής λειτουργίας για κάθε device στα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Επιπλέον, η μείωση των μεγεθών των τρανζίστορ οδηγεί σε αναλογική αύξηση της αντοχής των μεταλλικών στρωμάτων, ειδικά στις χαμηλότερες στρώσεις μετάλλων. Η βιομηχανία κινείται σταδιακά προς την κατεύθυνση της παραγωγής κυκλωμάτων Multi-core, Multi-die και Multi-GHz, γεγονός που συνεπάγεται μεγαλύτερα ολοκληρωμένα κυκλώματα, που λειτουργούν σε ακόμη υψηλότερες συχνότητες. Το μέγεθος των σύγχρονων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, τόσο από την άποψη του αριθμού των στοιχείων όσο και του μεγέθους του δικτύου διανομής ισχύος, καθώς και η ταυτόχρονη λογική μετάβαση των devices σε υψηλές συχνότητες (με μεγαλύτερη ταχύτητα) και η μεγαλύτερη αντίσταση του δικτύου παροχής ηλεκτρικού ρεύματος επιδεινώνουν τον θόρυβο τροφοδοσίας (πτώση τάσης) κατά τη λειτουργία του ολοκληρωμένου κυκλώματος. Το φαινόμενο της πτώσης τάσης είναι πλέον το σημαντικότερο πρόβλημα, δημιουργόντας πάντα στους σχεδιαστές μια αμφιβολία για το εάν η τάση που φτάνει στα λογικά κελιά είναι αρκετή για να είναι τα καταστήσει λειτουργικά. Μικρές αλλαγές στην τάση τροφοδοσίας μπορούν να προκαλέσουν εκθετικές αλλαγές στις καθυστερήσεις των πυλών, οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα χρονισμού, εκτός εάν υπάρξει μια μεθοδολογία που να μπορεί να γνωρίζει και να χρησιμοποιεί την ακριβή τάση πανω απο καθε device του ολοκληρωμένου κατα τη διάρκεια της ανάλυσης χρονισμού. Η σύνδεση του φαινομένου της πτώσης τάσης και του στατικού χρόνου καθίσταται απαραίτητη. Ακόμη και τα χειρότερα μονοπάτια που προκύπτουν πραγματοποιώντας μια Στατική Ανάλυση Χρόνου μπορεί να είναι πολύ ευαίσθητα στις διακυμάνσεις τάσης, επομένως μπορεί να υπάρχει κάποιος συνδιασμός διανυσμάτων εισόδου για προσομοίωση το οποίο θα προκαλέσει παραβίαση του χρονισμού. Στον χώρο του EDA, οι αναλύσεις πάντα στοχεύουν στις χειρότερες συνθήκες. Η ανάλυση Ακεραιότητας Ισχύος απαιτεί την δημιουργία δραστηριότητας στο υπο δοκιμή ολοκληρωμένο κύκλωμα, κάτι το οποίο προέρχεται είτε από vectorless μεθόδους είτε από vector driven, προκειμένου να εντοπιστεί η χειρότερη περίπτωση πτώσης τάσης και μέγιστης κατανάλωσης ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, η παραδοσιακή Ανάλυση Χρόνισμού δεν καταφέρνει να συμπεριλάβει το φαινόμενο της πτώσης τάσης χωρίς να παράξει πολυ πεσιμιστικά αποτελέσματα. Λαμβάνοντας υπόψην την πολυπλοκότητα των σύγχρονων ολοκληρωμένων, τον αριθμό όλων των δυνατών εισόδων και τις αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης, είναι πρακτικά αδύνατο να βρεθεί ο συνδιασμός εισόδων, ο οποίος να οδηγήσει στη χειρότερη πτώσης τάσης και συνεπώς στη χειρότερη καθυστέρηση του ολοκληρωμένου, συνιστώντας ένα πρόβλημα που δεν μπορεί να επιλυθεί αναλυτικά.Στη παρούσα διατριβή παρουσιάζονται καινοτόμες μεθοδολογίες τόσο για την Ανάλυση Ακεραιότητας Ισχύος όσο και για την Ανάλυση Χρόνισμου των σύγχρονων Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων σε τεχνολογίες πολύ μικρών διαστάσεων. Οι μεθοδολογίες που παρουσιάζοντια συμμορφώνονται με όλα τα βιομηχανικά πρότυπα (μορφές αρχείων και εργαλεία). Η ανάλυση ακεραιότητας ισχύος αποτελείται από έναν πολύ γρήγορο και εξαιρετικά ακριβή προσομοιωτή με δυνατότητα προσομοίωσης του δικτύου τροφοδοσίας, αντιμετωπίζοντας το πρόβλημα των άρρηκτα συνδεδεμένων επιπτώσεων της πτώσης τάσης στο χρονισμό, κατά τη λειτουργία του ολοκληρωμένου κυκλώματος. Η μεθοδολογία υπολογίζει επίσης τη χειρότερη τάση τροφοδοσίας για όλα τα devices. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες ανάλυσης χρονισμού έχουν αποδειχθεί πολύ πιο ακριβείς σε σχέση με τις υφιστάμενες μεθοδολογίες στο χώρο, εισάγοντας τη στατιστική Δυναμική Ανάλυση Χρόνου με βάση τα αποτελέσματα της προτεινόμενης μεθοδολογίας Ανάλυσης Ισχύος. Για τα τμήματα στατιστικών εκτιμήσεων των μεθοδολογιών, χρησιμοποιήθηκε ένας ισχυρός μηχανισμός στατιστικής πρόβλεψης σε δύο υλοποιήσεις λογισμικού.

Optimization of InP DHBT stacked-transistors for millimeter-wave power amplifiers

2018 ◽  
Vol 10 (9) ◽  
pp. 999-1010 ◽  
Author(s):  
Michele Squartecchia ◽  
Tom K. Johansen ◽  
Jean-Yves Dupuy ◽  
Virginio Midili ◽  
Virginie Nodjiadjim ◽  
...  
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Output Power ◽  
Heterojunction Bipolar Transistors ◽  
Power Amplifiers ◽  
Small Signal Gain ◽  
Small Signal ◽  
Large Signal ◽  
Signal Gain ◽  
Power Added Efficiency ◽  
Saturated Output Power

AbstractIn this paper, we report the analysis, design, and implementation of stacked transistors for power amplifiers realized on InP Double Heterojunction Bipolar Transistors (DHBTs) technology. A theoretical analysis based on the interstage matching between all the single transistors has been developed starting from the small-signal equivalent circuit. The analysis has been extended by including large-signal effects and layout-related limitations. An evaluation of the maximum number of transistors for positive incremental power and gain is also carried out. To validate the analysis, E-band three- and four-stacked InP DHBT matched power cells have been realized for the first time as monolithic microwave integrated circuits (MMICs). For the three-stacked transistor, a small-signal gain of 8.3 dB, a saturated output power of 15 dBm, and a peak power added efficiency (PAE) of 5.2% have been obtained at 81 GHz. At the same frequency, the four-stacked transistor achieves a small-signal gain of 11.5 dB, a saturated output power of 14.9 dBm and a peak PAE of 3.8%. A four-way combined three-stacked MMIC power amplifier has been implemented as well. It exhibits a linear gain of 8.1 dB, a saturated output power higher than 18 dBm, and a PAE higher than 3% at 84 GHz.

3D-IC Integration Using D2C or D2W Alignment Schemes Together with Local Oxide Reduction

2011 ◽  
Vol 2011 (DPC) ◽  
pp. 001291-001315
Author(s):  
Gilbert Lecarpentier ◽  
Jean-Stephane Mottet ◽  
Keith Cooper ◽  
Michael Stead
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
High Density ◽  
Oxide Reduction ◽  
3D Ic ◽  
3 Dimensional ◽  
Temperature Requirements

3-Dimensional interconnection of high density integrated circuits enables building devices with greater functionality with higher performances in a smaller space. This paper explores the chip-to-chip and chip-to-wafer alignment and the associated bonding techniques such as in-situ reflow or thermocompression with a local oxide reduction which contributes to higher yield together with reduction of the force or temperature requirements.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document