IC可靠性

• 軟錯誤
• 溫度
• 功耗
• 制程偏移
• 參考文獻

IC的可靠性受諸多因素的影響。

• 軟錯誤（soft error）
• 溫度
• 功耗
• 制程偏移（process variation）

1. 軟錯誤

軟錯誤是指，外界環境（比如宇宙高能粒子）對于IC幹擾，可能造成bit位的翻轉，進而可能影響系統的正确性，是一種瞬時性故障。

2. 溫度

• 高溫涉及很多硬體故障過程。比如，高溫會加劇電子遷移效應，進而導緻裝置損耗乃至永久性故障。
• 高溫會提高電荷載流子的濃度，增加IC的阈下洩漏功耗。
• 高溫會降低電荷載流子的移動活性，進而可能降低半導體和互聯性能；同時，降低門檻值電壓，進而可能提高半導體性能。

3. 功耗

功耗分成動态功耗（dynamic power）與洩露功耗（leakage power）。這兩類功耗是許多設計挑戰的根源。

• 功耗過高，會導緻電流密度（current density）上升，加劇電子遷移效應，進而導緻裝置損耗乃至永久性故障。 -
• 動态功耗的急劇變化，會觸發供能網絡上分布的電感和電容，進而引起瞬時性的電壓波動。 電壓波動導緻的dI/dt效應，會改變邏輯組合電路的路徑延時，破壞時序限制，進而導緻瞬時性故障（或者造成降低處理器頻率的壓力）。
• 功耗會産生熱量，造成IC溫度升高，進而影響IC可靠性。當然，IC的溫度取決于功耗的時空分布狀況、冷卻方案以及組裝（packaging）等多種因素。

4. 制程偏移

• 可能導緻關鍵時序路徑的改變，進而影響瞬時性故障率。
• 可能導緻線路以及氧化層的大量參數的改變，進而影響永久性故障率。
• 可能導緻摻雜物含量的改變，進而影響洩露功耗。
• 影響動态功耗。

  

參考文獻

Brooks D, Dick R P, Joseph R, et al. Power, Thermal, and Reliability Modeling in Nanometer-Scale Microprocessors[J]. IEEE Micro, 2007, 27(3):49-62.