【挑战】日益增长的5/3nm的可靠性挑战;诺基亚5G低端手机或将采用联发科天玑800系列芯片;加拿大推迟至明年部署5G网络

1、日益增长的5/3nm的可靠性挑战

作者：埃德·斯珀林和苏珊·兰博

由于引入了新材料，新的晶体管结构以及预计将这些芯片用于高安全和关键任务应用，确保芯片在5nm和3nm工艺制程上的可靠性变得越来越困难。

每一个上述的新元素都增加了自己的挑战。但事实是，许多此类芯片将最终以高级封装或模块形式使用。而在这些应用中，基于热量、振动和其他物理效应而产生的压力变得无法完全预测。此外，动态功率密度大大提高，可能会影响老化模型的更多物理因素，以及5nm和3nm数字电路行为开始越来越像模拟电路，使得它们面临许多模拟问题，例如电磁干扰和漂移。这些新的问题在数字电路设计中从未被视为主要问题。

除此之外，更高的密度、更小的器件以及更先进的封装正使人们在检查、测量和测试芯片时做到全面覆盖的信心受到挑战。

“当finFETS被引入时，其行为有一些非常具体的差异。” 西门子旗下的Mentor产品营销总监Geir Eide如是说，“对于环绕式栅极（GAA），需要收集更多数据才能看到全部效果。目前我们有能力在晶体管级别建模和生成数据模式。这是我们所需要的基础设施，不仅用于应对finFET，而且还将用于应对新型晶体管。我们拥有正确的框架，来处理各种缺陷类型，包括finFETS和GAA。随着更多数据和更多实际结果的出现，还需要进行更多的开发。但是，按照过去的经验，我们很可能会看到一些新的独特的缺陷。在每一个新的工艺节点上，大部分的缺陷与过去相似，但是总会有一些独特的事情发生。”

相对于单个芯片十亿个晶体管的体量，更多独特的设计带来的复杂性将变得更大。很多此类设计是异构的，并且采用了某些AI / ML / DL，这也增加了潜在缺陷将对芯片功能产生影响的不确定性。

“异构集成处理仍处于早期。” FormFactor首席市场官Amy Leong说，“现在，这意味着必须进行更多的测量。随着时间的流逝，这个数字必须随着更多的测量情报积累而下降。在每个技术节点的开始，我们已经看到了这个情况。现在不同的是，并没有统一的路线图，并且有很多不同的技术。同时存在多种方法可以将乐高积木组装在一起。”

这些需求将更加依赖定制探针产品-用于工程的分析探针和用于大批量生产的探针卡。它还需要更深入的检查和计量，因为器件种类繁多，尺寸更小且包装紧密得多。

CyberOptics总裁兼首席执行官Subodh Kulkarni表示：“由于尺寸越来越小，在高级制程上进行测试和检查带来了挑战。半导体行业历来能够应对这些挑战，并将继续如此。此外，在具有高度复杂性的堆叠和异构集成等流程的高级包装中，第三维已开始发挥作用，因此对100％检查的需求正在迅速增加。那就是一些更令人兴奋的技术开发正在发生的地方。”

5nm的问题

在5nm节点，由于多种原因，finFET开始耗尽能量，包括通过细导线移动信号的能力，用于绝缘各种组件的更薄的电介质以及控制通过细长栅极泄漏电流的能力下降。甚至制造也成为一个更大的问题，因为使用finFET，每个新节点的鳍都需要更高。

PDF Solutions高级研究员Tomasz Brozek说：“一个问题是鳍片本身必须更坚固。但是，如果鳍片更高，则栅极也必须更高，因为栅极位于鳍片的三个侧面（两个侧壁和顶部）。这意味着必须去除和替换材料，必须在沟槽内部沉积金属，并且必须在源/漏外延区上建立触点。因此，外延的生长需要更深和更高，并且触点本身也将紧密围绕源极和漏极以降低接触电阻。这增加了复杂性。你可以使鳍片更高，但是电流将在鳍片的顶部流动更多。电流分布将来自源极和漏极的触点，然后穿过鳍片。增大鳍片高度并不能为你带来与增加通道宽度相同的性能提升。”

在汽车市场上，这一点变得尤为重要。最先进的工艺被用于越来越多的自动驾驶汽车的AI部分。在恶劣环境（例如汽车）中使用的芯片中，从未大规模使用过先进节点工艺。例如，在服务器机架中，如果内部温度过高，则各个服务器可以将负载转移到其他服务器上。同样的例子，如果智能手机在阳光下放置并超过一定温度，它将关闭，直到温度降至预设限值以下。这在汽车中是不可能的，并且高温会对从内存延迟到加速电路老化的所有事情产生重大影响。

KLA行业和客户协作高级总监Chet Lenox表示：“对于应用中的缺陷率，抱着面向消费者的心态，我们已经在真正领先的节点上运行了很长时间。从我们的角度来看，我们有一组主要用于过程控制的工具。我们正在开发技术，使我们可以更多地利用晶圆厂中的数据来预测现场的可靠性。机器学习是其中很大的一部分。过去，检查和计量仅用于制造厂中的过程控制。其中包括控制偏差，弄清楚缺陷状况以便消除主要缺陷，并保持偏差处于受控状态，以便取得良好的最终参数。最终的裁决是分类/产量和封装测试。如果这些都可以通过，那结果应该不错。我们现在发现的是这些测试无法发现潜在的缺陷和可靠性故障。因此器件即使可以通过这些测试，缺陷模式仍然可能在今后的汽车实际使用中被激活。那是第一个漏洞。第二个漏洞是在未测试的芯片部分中存在巨大的测试覆盖缺失。对于先进数字芯片，你无法测试整个芯片。因此，对于汽车应用，未激活的潜在缺陷和测试覆盖缺失是需要填补的漏洞。对于将要在汽车中使用的芯片，目前填补这些漏洞的方法是增加大量的冗余设计。这并不是最优的解决方案。”

除此之外，收集足够的数据以提供充足的覆盖范围还存在一些问题。

OptimalPlus副总裁兼总经理Doug Elder说：“在5nm，缺陷和计量数据变得越来越难收集。因此，采取行动的能力将被延迟，直到该过程进一步恶化为止。这会影响您获取晶圆级数据的能力，从而使您通过该数据，来确定您是否遇到了配方问题或蚀刻问题，以及发生该问题的位置。一方面，可见性（无论是电气上还是实际看到的）减少了。另一方面，可能有太多数据。如果您看一下芯片的大小，它们正在生成大量数据，以至于人们不确定如何处理所有这些数据。我们一直在拍摄机器视觉图像，并在这些图像上运行算法以确定事物的好坏。我们可以将非常复杂的图像数字化，并且借助帧包装器和机器视觉，您可以拍摄非常清晰的图像，在其上运行机器学习以确定制造过程中需要关注的重点，然后确定它的好坏。无论是访问这些数据，还是在某些情况下弄清楚如何处理这么多数据，问题都越来越多。”

3nm问题

5nm和3nm都增加了新的可靠性挑战。但是在3nm时，由于多种原因，人们对这些问题的数量和严重程度的了解更少。其中：

· 环绕式栅极将取代finFET，三星已经宣布将转向3nm的纳米片FET，台积电计划至少在初期使用finFET，尽管它也可以转换为某种类型的环绕式栅极晶体管；

· 引入新材料，例如钴和钌，以及新的薄膜，每种薄膜都将更薄、更小并且更难清洗、抛光、测量和检查；

· 每个新节点上的数字逻辑发生细微变化，逐渐趋于类似模拟的行为，迫使芯片工程师开始努力解决诸如信号漂移、噪声和不同应力等问题。

PDF Solutions的首席技术专家Andrzej Strojwas说：“每种新材料都会引起问题。几代以来，栅极和触点之间的短路一直是导致故障的主要原因。流片厂负责产量，因此它们将消除短路现象，或者至少会尝试这样做。但是也可能存在泄漏，并且这些泄漏将导致可靠性故障。这可能是重叠或垫片薄弱的结果，所以现在您有潜在缺陷的危险。在汽车等市场中，我们必须纠正硬质短路和泄漏故障。这就是为什么我们一直专注于表征这些泄漏的原因。”

随着数字逻辑开始变得更像模拟，这变得更加麻烦，因为随着电路的老化，模拟信号会随时间漂移。

“这不仅仅是漂移。” Strojwas说，“您必须注意压力，这可能会导致可靠性故障。您必须将监视器放到实际的芯片中，以通知您是否遇到麻烦。将芯片减薄后，必须查看引入封装或者插入器的机械应力。因此，现在您必须查看从晶圆分拣和预烧到现场应用发生的变化。您必须在产品的整个生命周期内生成监视数据。”

在3nm处，这变得更加关键，因为二阶和三阶效应变成了一阶效应。这正是每个新节点处的电感所发生的情况。

“如果电阻很低，您可以忽略电感。” Ansys首席技术专家João Geada说，“但是当在较低的金属化水平上使用更多的稀有金属而导致电阻缓慢上升时，电感就开始成为您需要引起更多关注的东西，而不仅仅是谐振器和天线。您的时钟电路开始像电磁发射器一样工作，并耦合到附近任何方向合适的电线。电感不再是芯片上可以忽略的效应。”

电路内测试 (In-circuit test)

由于这些高级制程芯片用于高安全及关键任务应用中，因此电路内数据（in-circuit data）受到越来越多的关注。几乎所有从事数据分析领域工作的公司都为开发的不同阶段提供了某种版本的芯片内传感器。不过，越来越多的制造商将其用于芯片制造之外，以绘制这些芯片在实际条件下的性能。结果，数据收集现在向左和向右移动，有效地建立了一个数据循环，该数据循环将数据反馈回制造商和芯片设计团队，以纠正缺陷并改进未来的产品。

“您无法测试所有内容。” yieldHUB首席执行官John O'Donnell说，“通常，您测试一个参数，或者测试另一个参数以从中获取某些用其他方式无法获取的东西。但是，您也可以检查数据库中的趋势，并超越测试中可用的范围，这对于客户而言变得越来越重要。在多芯片封装中，您可以根据数据检测某个芯片发生了什么情况并对号入座，追溯到生产这颗芯片的流片厂。”

这对其他一些方面也很重要。随着芯片变得越来越密集并用于关键应用，即使性能无法达到最佳，也必须继续工作，直到可以更换为止。这是汽车ISO 26262的基本原理之一，在该设备中，设备需要进行平滑的故障切换，无论是切换到冗余电路还是车辆中的其他设备或模块。

Mentor的Eide说：“这是每一次制造业取得新进展时都会发生的潜在事件。当某个器件不起作用时，它损坏的方式可能是出于不同的原因，并且在出现缺陷时其行为也有所不同。例如，在旧工艺中，如果晶体管坏了，它只会停止工作。如果finFET晶体管不起作用，它仍然可以工作，将finFET看作是具有三个连接的开关，并且这三个连接应该并行工作。如果其中之一不起作用，则开关仍然有效，但是现在速度较慢。您现在必须为此进行测试的方式有些不同。因此，对于制造中的每种增量，总有机会出现新类型的缺陷，您必须首先了解它们的存在，然后以不同的方式进行测试。我们在行业中所做的一件事是在晶体管层面定位缺陷。IC设计有不同的构造块，其中晶体管处于最低水平。过去，基于稍高层面的构造块做分析可以简化问题。现在有一个转变，转向更多地关注目标器件的晶体管级行为。因此，当我们针对晶体管级行为创建测试时，随着时间的推移，我们将调查有哪些类型的缺陷以及如何追查它们，这变得越来越复杂。”

结束语

随着新的节点和新的封装方法的使用，以前的方法不足以在广泛应用的使用模型和许多不同的应用程序中保证覆盖范围并确保质量。随着时间的推移，测试、检验和计量学正在发生根本性的变化。这使得测试转变为在产品的整个生命周期中的连续操作，并且它使高质量的数据对于整个供应链中的众多参与者都具有不可估量的价值。

随之而来的结果是，proteanTecs、PDF Solutions、OptimalPlus、yieldHUB、Mentor、Moortec和UltraSoC等许多公司都在争相将其传感器技术设计到芯片和封装中，以检测从温度变化到电压变化和数据流量等各种异常情况。在接下来的几年中，这可能会对从制造过程的利润，到基于持续不断的实时数据流的预测分析和自动修复的所有方面产生重大影响，并将在芯片检查计量领域，对于测试潜在的和模糊的缺陷提供前所未有的精度水平。

6月11日（星期四）下午13:30，PDF Solutions “半导体数据分析技术公开课——合肥站”即将拉开帷幕，致力于让半导体行业的数据分析不再困难。

本次活动将介绍半导体行业数据分析的应用状况和发展趋势，分享应用数据分析实现良率提升的宝贵经验，演示云端大数据分析管理平台Exensio®-Hosted的功能和使用方法，帮助中国半导体设计企业轻松面对数据挑战，在竞争中赢得先机！

2、爆料：诺基亚5G低端手机将采用联发科天玑800系列芯片

HMD 诺基亚手机将推出诺基亚 8.3 5G PureView 新机，这是其第一款将上市的 5G 智能手机。现在，外媒 NPU 获得消息称，HMD 已经在一款低成本 5G 智能手机上测试联发科技天玑 800 系列芯片组。

此前报道称，诺基亚 7.3 可能是 HMD 上更便宜的 5G 智能手机，但消息来源表示它可能配备了骁龙处理器。需要注意的是，诺基亚 7.3 有两个原型机，一款具有 5G 支持，另一款没有 5G。

因此，即使诺基亚 7.3 具备 5G 支持，也可能不是由联发科技天玑处理器系列提供支持。据了解，HMD 积极寻求驾驭 5G 智能手机潮流，并可能朝这个方向迈出一大步。

IT之家从爆料获悉，由天玑处理器提供支持的诺基亚 5G 智能手机可能会在明年年初推出，可能不会出现在诺基亚手机 2020 年 Q3/Q4 计划内。

联发科天玑处理器系列目前拥有天玑 800、天玑 820 和天玑 1000、天玑 1000 Plus 芯片组。(IT 之家)

3、外媒：加拿大推迟至明年部署5G网络，关键频谱拍卖推迟6个月

6 月 7 日消息，据国外媒体报道，由于受新冠疫情影响，加拿大推迟至明年拍卖关键的 5G 频谱，这意味着该国部署 5G 网络的时间或许也会被推迟至明年。

据外媒报道，由于受疫情影响，加拿大创新、科学和工业部已将 3500MHz 频谱的拍卖时间推迟 6 个月，推迟至 2021 年 6 月 15 日进行。

据悉，3500MHz 频谱是电信运营商推出 5G 网络的关键，原计划于今年 12 月进行拍卖，但现在被推迟。

该部门表示，推迟拍卖 3500MHz 频谱，将使得电信运营商在新冠病毒大流行期间专注于提供基本服务。

据外媒报道，此次拍卖的起拍价为 5.58 亿美元。相比之下，去年，600MHz 频谱的拍卖价为 35.7 亿美元。

本周，外媒报道称，加拿大规模居前的两家运营商贝尔加拿大（Bell Canada）和 Telus 宣布，与瑞典爱立信和芬兰诺基亚合作搭建 5G 通信网络。

除了加拿大，法国部署 5G 网络的时间也受到新冠疫情的影响，该国希望在今年年底前部署 5G 网络。

5G 是下一代蜂窝技术，下载速度据称比目前的 4G LTE 网络快 10 到 100 倍。除了更快的数据下载和上传速度，5G 技术还有望覆盖更广、连接更稳定。（TechWeb）

4、点评｜从4G开始中国在网络部署上在全球已经领先；未来将是无线耳机的时代

长三角地区拟支持长鑫12英寸存储器晶圆制造基地项目建设

据财联社消息，今天上午，长三角一体化发展重大合作事项签约仪式在湖州举行，共计签约重大合作事项19项，涉及产业合作、科技创新、生态环保、交通互联等多个领域。其中长鑫12英寸存储器晶圆制造基地项目业务合作协议，由长鑫存储技术有限公司、苏州瑞红电子化学品有限公司、宁波江丰电子材料股份有限公司、上海新昇半导体科技有限公司共同签约。

集微点评：与大企业配套是三四线城市发展半导体的策略之一。

普及快充与高刷新率！iQOO两款5G千元机曝光

有数码博主 @Really阿森君 曝光了iQOO即将在本月发布的两款5G千元机的消息，首先是iQOO Z1x，@Really阿森君 称该机将搭载高通骁龙765G处理器，接下来是iQOO U1，该机搭载联发科天玑800处理器，@Really阿森君 预测iQOO Z1x的售价为6+128GB版本1698元，8+128GB版本1998元，8+256GB版本2298元。@Really阿森君 猜测iQOO U1的售价为6+128GB版本1498元，8+128GB版本1798元。

集微点评：虽然手机厂商宣传的卖点很多，今年对于消费者而言卖点其实只有一个就是5G。

手机产业拐点已至：立足1.8亿部5G手机，受益TWS/手表市场

尽管业界对于今年手机市场总体出货量依然持不乐观状态，但是，从行业信息来看，对于手机产业而言，抓住5G机遇势在必得。这不仅仅体现在5G手机出货量方面，同时，更重要的在于由5G通信技术衍生而出的各种智能终端产品，其中TWS耳机和智能手表，无疑是市场最大的黑马。

集微点评：手机赠送有线耳机的时代可能要过去，未来是无线耳机的时代。

法国年底前部署5G网络 加拿大推迟到明年

据国外媒体报道，因新冠病毒疫情的大流行，法国和加拿大5G移动网络的推出时间都受到影响，但现在两国都有了最新安排。法国或在年内推出5G网络，而加拿大则推迟到明年。当地时间周五，法国经济事务国务秘书阿格尼丝·潘尼尔·鲁纳赫(Agnes Pannier-Runacher)发表的评论表示，法国希望在9月启动计划中的5G频率拍卖，以便法国在今年底之前部署第五代移动网络。

集微点评：从4G开始中国在网络部署上在全球已经领先了。

5G套餐开始降价？最低月费已经降至89元

据报道，近日有用户接到了运营商的5G套餐推销电话，最低月费已经降至89元。经联系三大运营商客服，证实确有打折活动，且每家5G套餐都有不同程度的折扣价。以中国移动为例，前段时间7折活动，最低128元的套餐折算下来只有89元。中国联通、中国电信也有不同幅度的优惠，具体可拨打当地运营商客服咨询。

集微点评：即使4G手机使用5G套餐也不吃亏。

传iPhone12屏下指纹产品开发中，部分供应商已确认

日前有报道称，苹果将在iPhone 12将首次引入屏幕指纹解锁。报道中还指出，苹果之所以这么做，还有一个动机是为未来的Apple Card苹果信用卡营造一致的体验，Apple Card接下来也会自带指纹验证模块。

集微点评：因为疫情，iphone的脸部识别给消费者带来很大困扰，脸部识别与指纹同时支持才是最佳的方案。

中兴通讯：3GPP贡献排第三，拥有超过2500个5G必要专利

月6日，在5G发牌一周年线上峰会上，中兴通讯虚拟化产品首席科学家屠嘉顺介绍，据权威第三方机构评测，中兴通讯在国际标准组织3GPP必要专利中贡献排第三，中兴通讯有超过2500个5G必要专利，在过去的几年中中兴针对5G无线接入和5G下一代核心网提出了超过7000个提案，为3GPP相关的标准发展作出了自己的贡献。

集微点评：国内通讯企业这两年拥有核心专利数量大幅度增加，专利运营已经进步很大。