半导体器件可靠性与测试和主要研究内容
绪论-半导体器件可靠性物理
•金铝合金 •管腿腐蚀
•电迁移
•管腿损伤
•铝腐蚀
•漏气
•铝划伤
•外来物引起漏短路
•铝缺口
•绝缘珠裂缝
•台阶断铝 •标志不清
•过电应力烧毁
• 键合缺陷引起的失效：键合颈部损伤、键合强度不够、键合面沾污金－铝合金、
键合位置不当、键合丝损伤、键合丝长尾、键合应力过大损伤硅片。
• 表面劣化机理：钠离子沾污引起沟道漏电、辐照损伤，表面击穿、表面复合引
课程的重点
绪论
是什么？ 干什么？ 为什么学？ 学什么？
绪论
半导体可靠性物理学
产生过程
产生背景
其产生与其他边缘性学科(例如，环境工程学，系统工程学， 生物工程学)一样，是科学技术发展的必然。随着电子系统的
发展，其复杂性和可靠性成了尖锐的矛盾，系统越复杂，所用 元器件越多，失效的概率就越大，即可靠性越不易保证。
绪论
主要的失效机理
指器件失效的实质原因。即引起器件失效的物理或化学过程。
设计问题引 起的缺陷
体内退化 机理
氧化层 缺陷
金属化系 统退化
封装退化 机理
•版图 •工艺方案 •电路和结构
•二次击穿 •CMOS闩锁效应 •中子辐射损伤 •重金属沾污 •材料缺陷
•针孔 •厚度不均匀 •接触孔钻蚀 •介质击穿等
两个概念
研究领域和任务
强调两个概念：器件的失效和退化
在目前许多的文献中，二者是等效的。但严格地讲，二者有区别。
共同之处：器件特性偏离了正常指标
不同之处：失效－更强调出现不正确的器件、电路 功能
本课程中，二者可互相替换。
绪论
半导体可靠性物理学
研究领域、研究任务
半导体可靠性实验项目
半导体可靠性实验项目概述半导体可靠性实验项目是一个重要的研究领域，旨在评估和验证半导体器件在长时间运行和不同环境条件下的可靠性。
通过该实验项目，我们可以获取半导体器件的寿命、故障率以及在各种应力条件下的性能指标。
这些数据对于半导体产品的生产和使用具有重要意义，可以帮助制造商改进产品设计和制造工艺，提高产品的质量和可靠性。
实验目的该实验项目的主要目的是通过测试和分析来评估半导体器件的可靠性，具体目标包括：1. 了解半导体器件的寿命特性；2. 评估半导体器件在不同环境条件下的可靠性；3. 分析半导体器件的故障率以及故障模式。
实验内容半导体可靠性实验项目的内容主要包括以下几个方面： 1.试验准备：确定实验所需的半导体器件和测试设备，并准备相关的试验方案和流程。
2. 加速寿命试验：将半导体器件放置在高温、高湿、高电压等应力环境下进行长时间运行，记录器件的运行时间和性能变化。
3. 温度循环试验：将半导体器件在高温和低温之间进行循环变温，观察其在温度变化过程中的性能表现和故障情况。
4. 电压应力试验：在给定电压条件下，对半导体器件进行长时间稳定运行，记录器件的故障率和性能变化。
5. 湿度应力试验：将半导体器件置于高湿度环境中，观察其性能变化和故障情况。
6. 试验数据分析：对实验过程中获得的数据进行统计和分析，绘制可靠性曲线、寿命曲线等，评估半导体器件的可靠性指标。
实验步骤1.确定要测试的半导体器件的型号和数量，并选取适当的测试设备。
2.按照实验方案和流程进行试验准备工作，包括清洁和校准设备，搭建测试电路，设置参数等。
3.进行加速寿命试验，将半导体器件置于高温、高湿、高电压等应力环境下运行，记录器件的运行时间和性能变化。
4.进行温度循环试验，将半导体器件在高温和低温之间进行循环变温，观察其性能表现和故障情况。
5.进行电压应力试验，对半导体器件进行长时间稳定运行，记录器件的故障率和性能变化。
6.进行湿度应力试验，将半导体器件置于高湿度环境中，观察其性能变化和故障情况。
半导体技术的关键指标与性能评估方法
半导体技术的关键指标与性能评估方法在当今的科技领域，半导体技术被广泛应用于各个领域，包括通信、电子设备、能源、医疗等。
为了确保半导体产品的质量和性能，在开发和生产过程中，我们需要关注一些关键指标和使用适当的性能评估方法。
本文将介绍一些常见的关键指标和性能评估方法，以帮助读者更好地理解和应用半导体技术。
一、关键指标1. 器件尺寸：半导体器件尺寸是衡量其性能和功能的重要指标之一。
通常使用纳米单位（nm）来表示器件的尺寸，如纳米级晶体管（NMOS）和互补金属氧化物半导体（CMOS）等。
2. 衰减系数：衰减系数是指半导体材料在电磁波传输过程中对信号强度的减弱程度。
衰减系数越小，半导体器件的信号传输能力越好。
3. 效率：半导体器件的效率决定了其能量转换的效率。
在太阳能电池和发光二极管（LED）等应用中，高效率是一个重要的考虑因素。
4. 噪声：噪声是指在半导体器件中产生的干扰信号。
噪声水平对于电子设备的性能和可靠性起着重要的影响。
二、性能评估方法1. 电性能测试：电性能测试是评估半导体器件的主要方法之一。
通过测量器件的电阻、电容、电流和电压等参数，可以评估其电气特性和性能。
2. 温度测试：温度是影响半导体器件性能的重要因素之一。
通过在不同温度下对器件进行测试，可以评估其在不同条件下的工作性能和稳定性。
3. 可靠性测试：可靠性测试用于评估半导体器件的寿命和可靠性。
常见的可靠性测试方法包括加速寿命测试和热循环测试等。
4. 光谱测试：光谱测试是评估光学性能的一种方法。
通过测量器件在不同波长下的反射、透射和发射等光学性能，可以评估其在光学应用中的性能。
三、结论本文介绍了半导体技术的关键指标和性能评估方法。
了解和应用这些指标和方法对于开发和生产高质量的半导体产品至关重要。
通过电性能测试、温度测试、可靠性测试和光谱测试等方法，我们能够全面评估半导体器件的性能和可靠性，确保其在各个领域中的应用效果。
希望本文能为读者提供有益的信息，促进半导体技术的发展和应用。
浅谈半导体集成电路可靠性测试及数据处理方法
浅谈半导体集成电路可靠性测试及数据处理方法发表时间：2018-05-28T16:38:58.417Z 来源：《基层建设》2018年第8期作者：董英伟[导读] 摘要：集成电路是半导体器件中较为重要的一类，使用集成电路的电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。
恩智浦半导体（中国）有限公司天津 300385摘要：集成电路是半导体器件中较为重要的一类，使用集成电路的电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。
随着集成电路的发展和应用，对其的使用要求也在逐渐提高。
现在要求集成电路能够在高温、高压、高频、辐射强以及大功率的环境正常运行。
因此，对半导体集成电路可靠性测试也成了很重要的一部分。
本文对半导体集成电路可靠性进行分析，进而探讨了半导体集成电路可靠性测试以及数据的处理方法。
关键词：半导体集成电路；可靠性测试；数据处理一、半导体集成电路可靠性分析1.半导体可靠性集成电路是半导体构件中十分重要的组成部分，现在的集成电路具有高效率、低能耗、高精度等特点，集成度也有了明显的提高。
对于集成电路的研究尺寸渐渐趋向小工艺特点，提升构件二维效应进而提高内部的电流与电场密度，提升电路性敏感性。
伴随着集成电路的研发，能够应用在恶劣环境下，可以应对高温、高压、高频条件下，半导体集成电路可靠性问题日益显著。
2.集成电路技术可靠性评级和控制在产品提高可靠性的过程中，可以采取的主要措施和途径之一就是对制造工艺可靠性的研究，这也是研究产品可靠性的重要环节。
控制与评价技术的可靠性分析利用了较高的技术可靠性，这样为原产品可靠性提供了保障，成为分析的落脚点。
技术分析中，关于有关失效机理在各种状态下设置微电子检测结构，同时展开加速度检测确保得出有关数据。
检测结构中将产品可靠性标准与其标准之问的关系连接在一起，进行技术可靠性判定。
讨论分析中，载体利用的集成电路生产线来源于国内控制，在集成电路生产线前提下展开适用可靠性与评价形式分析。
半导体测试原理
半导体测试原理
半导体测试是一种评估半导体器件性能和可靠性的方法。
它通过对半导体器件进行一系列电学和物理测试，来确定其工作状态和质量特征。
半导体测试的主要目的是确保器件能够按照设计要求进行正常工作，并且能够在预期的环境下长时间稳定运行。
半导体测试通常包括以下几个方面：
1. 电学测试：这是半导体测试的核心部分。
通过对器件进行电流、电压、功率等电学参数的测量，可以评估器件的功能性能。
例如，通过测试电流特性，可以确定器件的静态和动态功耗；通过测试电压特性，可以了解器件的工作电压范围等。
2. 功能测试：这种测试主要是为了验证器件是否按照设计要求实现了各项功能。
这些功能可能包括逻辑门、存储器单元、模拟电路等。
通过输入特定的电信号，并观察输出信号，以确定器件是否正确执行了所需的功能。
3. 可靠性测试：这种测试用于评估器件在长时间使用和不同环境下的可靠性。
常见的可靠性测试包括温度循环测试、湿度测试、电热老化等。
通过模拟器件在实际使用中可能遇到的各种环境，可以预测其寿命和性能退化情况。
4. 外观检查：这是一种对器件外观进行检查和评估的测试。
通过目视检查、显微镜观察等方法，可以确定器件是否存在裂纹、磨损、划痕等表面缺陷。
这对于一些对外观要求较高的应用，
如汽车电子、消费电子等领域非常重要。
半导体测试原理基于电学和物理测试技术，通过对器件进行多种测试手段的组合，以全面评估器件的性能和可靠性。
测试结果将被用于判定器件是否合格，并进行进一步的工艺改进和性能调优。
最终目标是确保半导体器件的质量和可靠性，以满足不同领域应用的需求。
半导体行业中的质量管理与可靠性测试
半导体行业中的质量管理与可靠性测试在现代科技发展迅速的时代，半导体行业已成为推动信息技术发展的重要支柱之一。
然而，由于半导体设备的高度复杂性和制造工艺的精细化，质量管理和可靠性测试在该行业中显得尤为重要。
本文将探讨半导体行业中的质量管理和可靠性测试的关键问题，并分析其对行业发展的影响。
一、质量管理在半导体行业中的重要性半导体产品广泛应用于电子设备中，如计算机、手机、电视等。
质量管理在半导体行业中起着至关重要的作用，不仅决定着产品的质量和可靠性，还影响着整个产业的竞争力。
在质量管理方面，半导体企业需要重视以下几个方面：1. 原材料的质量控制半导体的制造离不开大量的原材料，如硅片、化学品等。
保证原材料的质量是确保产品稳定性和可靠性的关键因素之一。
因此，半导体企业需要与供应商建立长期合作关系，并建立起严格的原材料质量控制体系。
2. 制造工艺的控制半导体器件的制造工艺涉及到多个环节，包括晶圆加工、光刻、薄膜沉积等。
制造过程中的每一个环节都需要严格控制，以确保产品的一致性和稳定性。
因此，半导体企业需要引入先进的制造工艺和设备，并建立起标准化的制造流程。
3. 产品的质量检测在半导体行业中，质量检测是确保产品质量的最后一道防线。
半导体企业需要建立完善的质量检测体系，包括自动化测试、封装测试等，以确保产品的性能和可靠性符合要求。
二、可靠性测试在半导体行业中的应用在半导体行业中，可靠性测试是评估产品可靠性和故障率的重要手段。
通过可靠性测试，可以提前发现产品的潜在问题，从而采取相应措施进行改进和修复。
以下是几种常见的可靠性测试方法：1. 退化测试退化测试是通过对产品进行长时间高强度的工作状态测试，模拟产品在实际使用中的工作环境。
通过退化测试，可以评估产品的寿命和故障率，为产品的设计和制造提供参考依据。
2. 温度循环测试温度循环测试是通过对产品在不同温度下的循环工作进行测试，模拟产品在温度变化环境下的可靠性。
温度循环测试可以评估产品的热稳定性和温度敏感性，为产品的设计和制造提供指导意见。
半导体器件可靠性与失效分析微电子
半导体器件可靠性与失效分析微电子半导体器件可靠性与失效分析是微电子领域的重要课题。
半导体器件的可靠性是指在一定的使用环境和使用条件下，器件在规定时间内能够正常工作的概率。
而失效（Failure）是指器件不能在规定的时间内正常工作。
半导体器件的可靠性与失效分析旨在通过对器件的性能和可靠性进行评估和分析，找出器件失效的原因，并提出相应的改进措施，从而提高器件的可靠性。
1.可靠性评估：通过一系列实验和测试，评估器件在特定环境和使用条件下的可靠性。
常见的可靠性评估方法包括寿命测试、温度循环测试、湿度测试、可靠性建模等。
通过这些评估手段，可以得到器件的失效概率和失效的规律，进而为改进器件的设计和制造提供依据。
2.失效分析：失效分析是通过对失效的器件进行物理和电学特性分析，找出失效的原因和机制。
常见的失效分析方法包括显微镜观察、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱分析(EDX)、微动电压测量、故障注入方法等。
通过失效分析可以确定故障位置和失效原因，为改进器件的设计和制造提供指导。
3.失效模式与机制研究：失效模式与机制的研究是指通过理论和实验手段，研究器件失效的模式和机制。
通过对失效模式和机制的研究，可以了解器件失效的根本原因，并提出相应的改进措施。
例如，晶体管的漏电流增加、介质击穿等都是半导体器件失效的常见模式和机制。
4.退化机制分析：半导体器件的寿命会随着使用时间的增加而发生退化，导致器件性能下降甚至失效。
退化机制分析是指通过实验和测试，研究器件在使用过程中的退化机制。
常见的退化机制包括电子迁移、电子捕捉、热失效等。
通过退化机制分析可以确定退化的原因，为延长器件寿命提供参考。
半导体器件的可靠性与失效分析对于微电子行业具有重要的意义。
高可靠性的器件可以减少电子产品的故障率，提高产品的性能和稳定性。
同时，通过对失效原因和机制的研究，可以指导器件的设计和制造，提高器件的可靠性和寿命。
因此，半导体器件的可靠性与失效分析是微电子领域一个重要的研究方向，也是推动微电子技术发展的关键之一。
半导体元器件可靠性及其制造分析
半导体元器件可靠性及其制造分析摘要：半导体元器件较高可靠性以及制造的实现，是产品质量保证的重要指标，有效满足了人们生产生活的需要，促进了工业化建设的发展。
并且半导体元器件可靠性要从构思设计到使用报废全过程贯穿始终，为了充分发挥半导体元器件的作用，本文阐述了半导体元器件可靠性的主要内容与半导体元器件常见的失效分布及失效，对半导体元器件可靠性试验及可靠性筛选与制造进行了探讨分析。
关键词：半导体元器件；可靠性；内容；失效；分布；试验；筛选；制造半导体产品主要应用于工业方面，现在半导体制造技术是一些工业生产的关键技术，没有半导体元器件制造技术许多工业生产就无法进行。
半导体元器件具有重量轻、体积较小、功耗低以及较高可靠性等特征。
但是其由于构成设备和系统功能较复杂以及器件数量不断增多，而且使用环境比较严酷，导致半导体元器件退化和失效现象比较普遍。
基于此，以下就半导体元器件可靠性及其制造进行分析。
一、半导体元器件可靠性的主要内容分析半导体元器件的可靠性是在一定的时间和条件下实现预定功能的能力，它对规定条件、时间和规定功能有很大影响，通常可以用“概率”来衡量半导体元器件在规定时间内完成预定功能的能力大小。
半导体元器件的可靠性工作从设计开始就应进行质量控制，在器件生产后筛选抽样检测，对可靠性进行试验，并对器件进行初步分析、情况调查、外观检查和特性检测，对失效模式分类，进行失效机理分析、电分析、显微分析和先进设备分析，找出失效模式和机理，制定纠正措施，对器件设计、生产和测试进行反馈并加以改进。
二、半导体元器件常见的失效分布及失效分析1、半导体元器件失效分布的分析。
半导体元器件可靠性数量特征和其失效分布有很大的关系，不同的失效分布类型处理方式也不同。
基于半导体元器件自身特征，在没有恶劣外界条件影响情况下，早期失效最为明显，偶然失效期较长，失效率有缓慢下降的整体趋势。
半导体元器件的失效分布类型主要包括：第一、早期失效期。
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• 失效因素增加－氧化层击穿、器件特性退化、电迁移、
与半导体物理学的区别
研究范畴
电应力(电压、电流、频率等)
氧化 层缺 陷
界面 态缺 陷
研究对象
绪论
半导体可靠性物理学
与半导体物理学的区别
t=0 半导体物理学
研究领域和任务
研究范围
半导体可靠性物理学
半导体物理学
半导体可靠性物理学
绪论
半导体可靠性物理学的主要分支
半导体器件的可靠性
研究领域和任务
器件可靠性指产品的寿命特点、使用维修情况、完 成任务的能力大小，是产品质量的重要指标之一。
课程内容
绪论
绪论
绪论
半导体可靠性物理学
研究领域、研究任务、 研究内容
半导体可靠性物理学
产生过程及其重要性
半导体可靠性物理学
课程的重点
是什么？ 干什么？
为什么学？
学什么？
绪论
半导体可靠性物理学
研究领域
是什么？ 六十年代后期崛起的一门新兴的边缘学科，目 前尚处于不断发展和完善阶段。
半导体可靠性物理学
3. 微电子器件可靠性，史保华、贾新章、张德胜， 西安电子科技大学出版社，1999
4. 硅－二氧化硅界面物理，郭维廉， 国防工业出版社，1988
半导体器件可靠性物理
• 绪论 • MOS器件退化机制和模型 • E2PROM退化机理和模型 • 静电放电(ESD)损伤 • 电极系统的退化、失效机理 • 电学退化的表征和测量技术
半导体物理学 半导体工艺学 材料学 化学 冶金学 电子学
环境工程学
系统工程学
绪论
干什么？
表征 技术
半导体可靠性物理学
研究任务
失效规律、模式 失效机理
可靠性评估、可靠性设计和使用规范等
简而言之，半导体可靠性物理学主要是从发生在半导体内部
的各种物理效应的角度，从原子、分子运动的角度来研究如何 提高半导体可靠性的一门学科。
绪论
主要的失效机理
指器件失效的实质原因。即引起器件失效的物理或化学过程。
设计问题引 起的缺陷
体内退化 机理
氧化层 缺陷
金属化系 统退化
封装退化 机理
•版图 •工艺方案 •电路和结构
•二次击穿 •CMOS闩锁效应 •中子辐射损伤 •重金属沾污 •材料缺陷
•针孔 •厚度不均匀 •接触孔钻蚀 •介质击穿等
两个概念
研究领域和任务
强调两个概念：器件的失效和退化
在目前许多的文献中，二者是等效的。但严格地讲，二者有区别。
共同之处：器件特性偏离了正常指标
不同之处：失效－更强调出现不正确的器件、电路 功能
本课程中，二者可互相替换。
绪论
半导体可靠性物理学
研究领域、研究任务
半导体可靠性物理学
产生过程及其重要性
半导体可靠性物理学
课程的重点
绪论
是什么？ 干什么？ 为什么学？ 学什么？
绪论
半导体可靠性物理学
产生过程
产生背景
其产生与其他边缘性学科(例如，环境工程学，系统工程学， 生物工程学)一样，是科学技术发展的必然。随着电子系统的
发展，其复杂性和可靠性成了尖锐的矛盾，系统越复杂，所用 元器件越多，失效的概率就越大，即可靠性越不易保证。
半导体器件可靠性与测试和主要 研究内容
课程目的
课程的目的
1. 了解半导体器件可靠性研究的发展过程 2. 熟悉引起半导体电路失效的主要模式 3. 熟悉引起器件退化的主要退化机制 4. 基本掌握器件退化的主要表征技术和检测方法
课程要求
课程的要求
1. 知道引起MOS电路失效的主要几种失效模式 主要的失效规律
器件可靠性问题也是产品质量问题
绪论
半导体器件可靠性问题
设计 芯片
晶片
半导体加工 制造过程 切割、封装
筛 选
Hale Waihona Puke 过报废、 失效程 产品
使用过程…
失效分析
半导体器件可靠性问题
主要研究内容
进行器件的失效分析
绪论
失效分析(failure analysis)系指产品失效后，通过对产品 及其结构、使用和技术文件的系统研究，从而鉴别失效 模式、确定失效原因、机理和失效演变的过程。这一门 技术就是失效分析。
半导体器件可靠性问题
主要研究内容
研究内容主要包括两个层次
绪论
如何提高可靠性
失效分析、失效物理 工艺监控、可靠性设计
评价可靠性水平
可靠性数学、可靠性实验 可靠性评估
虽然器件可靠性研究首先是从评价可靠性水平开始的，但研究重点逐 渐在转向如何提高可靠性方面。
绪论
失效分析的基本内容 失效情况调查
半导体器件可靠性问题
2. 了解MOS器件失效的主要退化机制 掌握相关的分析和判定方法
3. 熟悉目前主要的MOS器件退化检测方法和表征技术
课程参考书
课程的参考书
1. 半导体物理学，刘恩科、朱秉升、罗晋生编著， 西安交通大学出版社，1998
2. 半导体器件物理，SM.Z.，黄振岗译、魏策军校， 电子工业出版社，1987
3. 半导体器件可靠性物理，高光勃、李学信编著， 科学出版社，1987
起小电流增益减少等。
• 使用问题引起的损坏：静电损伤、电浪涌损伤、机械损伤，过高温度引起的破
坏、干扰信号引起的故障、焊剂腐蚀管腿等。
器件失效分析的作用
绪论
工艺和设计的纠正措施
原材料
工艺质量控制
失 效 分 析
可靠性试验
工艺规范
生产工序 工艺筛选
产品筛选
使用和设计的纠正措施
机器装调和运行
绪论
半导体器件的可靠性
•金铝合金 •管腿腐蚀
•电迁移
•管腿损伤
•铝腐蚀
•漏气
•铝划伤
•外来物引起漏短路
•铝缺口
•绝缘珠裂缝
•台阶断铝 •标志不清
•过电应力烧毁
• 键合缺陷引起的失效：键合颈部损伤、键合强度不够、键合面沾污金－铝合金、
键合位置不当、键合丝损伤、键合丝长尾、键合应力过大损伤硅片。
• 表面劣化机理：钠离子沾污引起沟道漏电、辐照损伤，表面击穿、表面复合引
主要研究内容
失效模式鉴别 失效特征描述
假设失效机理 证实失效机理
新失效因素的考虑
常见的失效模式 即失效的形式
开路
无功能
短路
特性退化
提出纠正措施
重测合格 结构不好
最常见的有烧毁、管壳漏气、管腿腐蚀或断腿、芯片表面内涂树脂裂缝、芯片 粘合不良、键合点不牢或腐蚀、芯片表面铝腐蚀、铝膜伤痕、光刻/氧化层缺陷、 漏电流大、PN结击穿、阈值电压漂移等等。
主要的研究内容
绪论
研究领域和任务
What failed? How did it failed? Why did it failed?
什么 怎么 为什么
器件失效(氧化层击穿、 器件特性退化)、电迁 移等
某种条件下，电学特 性的变化规律
判定退化机制及其对 器件行为的影响
绪论
半导体可靠性物理学
研究领域和任务