集成电路可靠性的研究及实验
集成电路制造中的可靠性设计与测试研究
集成电路制造中的可靠性设计与测试研究一、背景介绍随着电子技术的不断发展，集成电路已成为现代电子产品中的核心部件，集成电路的可靠性是保证电子产品正常运行的关键因素之一。
因此，在集成电路制造过程中，可靠性设计与测试是极为重要的工作之一。
二、可靠性设计1、产品设计阶段中的可靠性设计在产品设计阶段，可靠性设计包括确定可靠性指标、进行可靠性分析、制定可靠性设计规范等。
可靠性指标包括寿命、故障率、可靠度等。
通过可靠性分析，可以确定关键部件和系统的故障模式，进而通过设计保证其可靠性。
可靠性设计规范则是保证产品可靠性的重要手段之一，规范包括环境适应性、可靠性测试、可靠性分析等方面。
2、工艺流程中的可靠性设计在工艺流程中，可靠性设计包括选择适合的工艺和材料、制订可靠性工艺规范等。
要确保产品在制造过程中不会出现缺陷，需要采用裂解工艺、新型生长材料等技术，并制定标准的工艺流程，以确保产品可靠性。
三、可靠性测试1、可靠性检测技术集成电路制造中的可靠性测试技术包括环境应力测试、加速试验、可靠性评估等。
其中，环境应力测试是常见的可靠性测试方法，其目的是通过模拟极端条件来评估产品在使用过程中的可靠性。
加速试验则是在限定时间内模拟产品的寿命，以评估产品的可靠性。
可靠性评估则通过不同的数据收集、分析方法来评估产品的可靠性水平。
2、测试流程与系统设计在测试流程中，需要综合考虑各个阶段的测试数据和分析结果，对产品的可靠性水平进行评估。
同时，测试系统的设计也是非常关键的，在设计中需要考虑测试设备的精度、可靠性、稳定性等因素，同时还需要将产品应力状态的监测和数据采集等功能纳入到测试系统中。
四、结论在集成电路制造过程中，可靠性设计与测试是确保产品质量和可靠性的重要手段，可以减少产品故障率，提高产品稳定性和寿命。
因此，随着电子产品市场的不断扩大，集成电路制造中的可靠性设计与测试也会变得越来越重要。
集成电路可靠性分析与测试研究
集成电路可靠性分析与测试研究第一章：绪论集成电路是现代电子技术的重要组成部分，随着科学技术的日新月异，对集成电路的可靠性要求也越来越高。
因此，集成电路可靠性分析与测试研究成为了当前研究重点之一。
本文主要研究集成电路可靠性分析与测试相关内容。
第二章：集成电路可靠性分析2.1 集成电路可靠性的定义集成电路的可靠性指的是电路在运行过程中的长期稳定性，即长期使用下电路仍能保持正常工作状态的能力。
可靠性主要包括集成电路的寿命、可靠性、可修复性等方面。
2.2 影响集成电路可靠性的因素影响集成电路可靠性的因素有很多，包括电路布局、工艺、环境条件、材料选择等。
其中，电路布局是影响集成电路可靠性的主要因素，因为电路本身就是一种模拟模型，不同的电路布局，会对电路的稳定性、抗干扰性有很大的影响。
2.3 集成电路可靠性分析方法当前，集成电路可靠性分析方法主要包括模拟分析法、实验分析法、统计分析法、有限元分析法等。
其中，有限元分析法是可靠性分析的重要方法之一，通过有限元数值模拟方法，分析集成电路的受力情况、热传导性能、应力分布等，进而判定集成电路的可靠性。
第三章：集成电路可靠性测试3.1 集成电路可靠性测试的定义集成电路可靠性测试是通过对集成电路进行电学、热学、力学等方面的测试，来评估集成电路的可靠性和寿命的测试过程。
3.2 集成电路可靠性测试技术集成电路可靠性测试技术主要包括环境应力测试、可靠性测试、寿命测试等。
环境应力测试是将集成电路置于极端温度、湿度、电压等环境下，观察集成电路的可靠性；可靠性测试是通过加速实验、统计分析等方法，来判定集成电路的可靠性；寿命测试是通过对集成电路在不同应力环境下使用寿命进行测试，来判定集成电路的使用寿命。
3.3 集成电路可靠性测试仪器目前，集成电路可靠性测试仪器主要有热释电显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等。
其中，热释电显微镜能够通过表征器件的热特性，来判定集成电路的可靠性；扫描电子显微镜可以观测不同环境下集成电路的金属化层的变化情况；X射线衍射仪能够检测集成电路中的不同材料，从而判定集成电路的物理状态等。
集成电路设计的可靠性分析与优化
集成电路设计的可靠性分析与优化随着集成电路技术的迅猛发展，集成电路设计的可靠性分析与优化变得越来越重要。
可靠性是指电路在预定的条件下，正确执行其功能的能力。
在现代电子产品中，可靠性是保证产品正常运行的重要指标之一。
本文将对集成电路设计的可靠性进行分析和优化。
首先，可靠性分析是指通过对电路中各个元件的特性和失效机理的研究，对电路进行可靠性评估。
可靠性分析包括两个方面：故障模式和失效机理的研究、可靠性评估和可靠性增强方法。
故障模式和失效机理的研究是了解电路中可能出现的故障模式和失效机理，为可靠性评估提供依据。
可靠性评估是对电路中各个元件进行可靠性测试，通过失效率和失效率曲线等指标评估电路的可靠性。
可靠性增强方法包括在元件选型、电路设计和工艺制程等方面进行优化，提高电路的可靠性。
其次，集成电路设计的可靠性优化是指通过减少故障率、延长性能寿命和提高抗干扰能力等方法，提高电路的可靠性水平。
可靠性优化包括以下几个方面：电路设计优化、加工工艺优化和环境控制。
在电路设计优化方面，可以采用冗余设计、故障容忍设计和自动故障检测等方法，提高电路的容错能力和故障检测能力。
加工工艺优化是指在集成电路的制造过程中通过改进工艺流程和工艺参数来提高电路的可靠性。
环境控制是指在产品的使用环境中控制温度、湿度和外界干扰等因素，减少电路的故障和失效。
此外，集成电路设计的可靠性也与电路中的元件和材料选择密切相关。
不同的元件和材料具有不同的可靠性特性，因此在电路设计过程中需根据实际要求选择合适的元件和材料。
例如，高质量的晶体管、电容器和电阻器等元器件可以提高电路的可靠性。
同时，合适的封装和外露材料也可以影响电路的可靠性。
因此，在集成电路设计中，对元器件和材料的选择和测试是非常重要的。
此外，集成电路设计的可靠性还需要考虑电路的可靠性测试和可靠性评估。
可靠性测试是指对电路进行加速寿命测试、热循环测试和恒温恒湿测试等，以验证电路在不同工作条件下的可靠性。
集成电路可靠性芯片设计方法研究
集成电路可靠性芯片设计方法研究集成电路可靠性一直是半导体行业中的一个重要问题。
在过去，设计人员常使用保守的设计方法来保证芯片的可靠性，这不仅增加了设计时间和成本，还限制了芯片性能的提升。
随着技术的发展，集成电路的设计方法也在不断改进，现在已经出现了许多可靠性设计方法。
本文将介绍一些集成电路可靠性芯片设计方法的研究进展。
首先要了解的是，集成电路在使用过程中会受到许多因素的影响，例如电压、温度和电磁干扰等。
这些因素对芯片的可靠性会产生不同程度的影响。
因此，集成电路的可靠性设计方法也需要考虑这些因素。
一种常见的可靠性设计方法是故障模式与效应分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）。
该方法可以帮助设计人员快速识别潜在的故障模式，并通过采取相应的预防措施来减少潜在故障的风险。
例如，在设计过程中可以加强信号线的防护，以减少电磁干扰的影响。
除了FMEA之外，应力加速试验（Stress Acceleration Testing，SAT）也是一种常见的可靠性测试方法。
SAT可以通过模拟长期使用的应力情况，测试芯片在极端条件下的可靠性。
通过SAT可以快速识别出可能发生故障的部分，并采取相应的措施。
例如，可以加强电源线的连接，以提高芯片的可靠性。
另外，集成电路的可靠性设计还需要考虑到工艺因素。
现代集成电路工艺通常采用多工艺模式，在不同的制造工序中可能会产生不同的应力，从而影响芯片的可靠性。
因此，在设计过程中需要考虑不同工艺制造的芯片的可靠性差异，并采取相应的补偿措施。
最后，要注意的是，集成电路的可靠性设计不是一次性的任务，而是需要不断地进行优化和改进。
在芯片设计和制造的各个阶段都需要密切关注芯片的可靠性，以确保芯片在使用中有更高的可靠性和更长的寿命。
总之，随着半导体技术的不断发展和普及，集成电路的可靠性设计变得越来越重要。
通过采用FMEA、SAT等可靠性测试方法，并注意工艺因素，可以提高芯片的可靠性和寿命。
电路失效分析、可靠性、稳定性测试
随着电子电器行业的不断发展，消费者水平也在不断提升，人们已经不仅仅满足于产品的外观和功能，电子电器产品的可靠性已成为产品质量的重要部分。
RTS.LTD 可靠性测试能帮助电子电器制造企业尽可能地挖掘由设计、制造或机构部件所引发的潜在性问题，在产品投产前寻找改善方法并解决问题点，为产品质量和可靠性做出必要的保证。
失效分析RTS.LTD 可靠性实验室配备了扫描电子显微镜、傅立叶转换红外光谱仪、能谱仪、切片、金相显微镜等精密设备提供失效分析，可进行切片测试、焊点拉伸强度、可焊性测试、镀层厚度测试、锡须观察、成分分析等实验。
气候环境试验RTS.LTD 环境可靠性实验室拥有一批国际、国内著名的专业环境试验设备制造商生产的气候环境试验设备，设备技术先进、性能稳定、功能齐全，可编程控制，自动绘制试验曲线。
测试项目测试范围高温室温~300 ℃低温室温~-70 ℃恒温恒湿20 ℃~ 95 ℃，20 ~ 98%RH低湿 5 ℃~ 95 ℃，5 ~ 98%RH温度/ 湿度循环-70 ℃~ 150 ℃，20 ~ 98%RH冷热冲击-65 ℃~ 150 ℃快速温变-70 ℃~ 150 ℃，25~98%RH ，≦15 ℃/min高压蒸煮105 ℃~ 142.9 ℃, 75~100%RH, 0.020~0.196Mpa盐雾中性盐雾、醋酸盐雾、铜加速醋酸盐雾气体腐蚀SO 2, H 2 S, Cl 2 , NO 2 ，NH 3臭氧测试0---500ppmUV 老化UV exposure UVA340, UVA351,UVB313太阳辐射辐照度：450W/m 2 ----1200W/m 2低气压室温~200 ℃，常压~10kPa防水滴水、摆管淋雨、喷水（IPX0~IPX8 ）防尘钢球、铰接试指、金属丝、防尘箱（IP0Y~IP6Y ）机械环境实验RTS.LTD 机械环境实验室拥有具有国际先进水平的高频振动实验系统和机械冲击实验系统，100kg 自由跌落实验台等机械环境实验设备。
集成电路可靠性分析与测试技术研究
集成电路可靠性分析与测试技术研究引言：随着信息技术的飞速发展，集成电路（Integrated Circuits，IC）的应用越来越广泛。
然而，IC的可靠性问题也逐渐浮出水面。
面对不可预测的环境和工作条件，IC的可靠性分析和测试技术显得尤为重要。
本文将就集成电路可靠性分析与测试技术进行详细研究与探讨。
一、集成电路可靠性分析技术1.1 可靠性评估方法IC的可靠性评估是对其在特定条件下能正常工作的概率进行评估，常用的方法有：(1) 统计分析法：通过收集大量IC的故障数据进行统计分析，得出可靠性指标。
(2) 物理分析法：通过对IC内部结构、材料和工艺过程的分析研究，发现其潜在的可靠性问题。
(3) 数学模型法：通过建立数学模型，对IC的可靠性进行计算和预测。
1.2 可靠性测试技术集成电路可靠性测试是通过对IC进行一系列的实验和测量，以确定其在实际工作环境中的可靠性指标，常用的测试技术有：(1) 退化测试：模拟IC在长时间工作后产生的老化现象，以判断其长期可靠性。
(2) 功能测试：通过对IC功能进行测试，以验证其在预定工作条件下的可靠性。
(3) 应力测试：对IC施加一定的应力，如温度、电压和电流等，观察IC在应力下的性能变化，以评估其可靠性。
二、集成电路可靠性分析与测试的挑战2.1 工艺缩放带来的挑战随着工艺的不断进步，IC设计规模不断缩小，导致了各种新的故障机理的产生，如硅通道狭窄效应、电子迁移等，这给可靠性分析与测试带来了更大的挑战。
2.2 多工艺参数的耦合效应IC的制造过程中会有许多工艺参数，如温度、离子注入剂量等。
这些参数之间的耦合效应可能导致IC在实际使用中的可靠性变差，因此在可靠性分析与测试中需要充分考虑这种耦合效应。
2.3 软错误的挑战与传统的硬故障不同，软错误难以被察觉和测试。
软错误主要包括动态电流漂移、热电流噪声和交流噪声等。
因此，针对软错误的可靠性分析和测试技术也亟需研究与发展。
三、集成电路可靠性分析与测试的未来发展方向3.1 精确可靠性分析模型的建立建立准确的可靠性分析模型是增强IC可靠性的基础。
半导体集成电路的可靠性设计
6.2半导体集成电路的可靠性设计军用半导体集成电路的可靠性设计是在产品研制的全过程中,以预防为主、增强系统治理的思想为指导,从线路设计、幅员设计、工艺设计、封装结构设计、评价试验设计、原材料选用、软件设计等方面,采取各种有效举措,力争消除或限制半导体集成电路在规定的条件下和规定时间内可能出现的各种失效模式,从而在性能、费用、时间〔研制、生产周期〕因素综合平衡的基础上,实现半导体集成电路产品规定的可靠性指标.根据内建可靠性的指导思想,为保证产品的可靠性,应以预防为主,针对产品在研制、生产制造、成品出厂、运输、贮存与使用全过程中可能出现的各种失效模式及其失效机理,采取有效举措加以消除限制.因此,半导体集成电路的可靠性设计必须把要限制的失效模式转化成明确的、定量化的指标.在综合平衡可靠性、性能、费用和时间等因素的根底上,通过采取相应有效的可靠性设计技术使产品在全寿命周期内到达规定的可靠性要求.6.2.1概述1.可靠性设计应遵循的根本原那么〔1〕必须将产品的可靠性要求转化成明确的、定量化的可靠性指标.〔2〕必须将可靠性设计贯穿于产品设计的各个方面和全过程.〔3〕从国情出发尽可能地采用当今国内外成熟的新技术、新结构、新工艺.〔4〕设计所选用的线路、幅员、封装结构,应在满足预定可靠性指标的情况下尽量简化, 预防复杂结构带来的可靠性问题.〔5〕可靠性设计实施过程必须与可靠性治理紧密结合.2.可靠性设计的根本依据〔1〕合同书、研制任务书或技术协议书.〔2〕产品考核所遵从的技术标准.〔3〕产品在全寿命周期内将遇到的应力条件〔环境应力和工作应力〕.〔4〕产品的失效模式分布,其中主要的和关键的失效模式及其机理分析.〔5〕定量化的可靠性设计指标.〔6〕生产〔研制〕线的生产条件、工艺水平、质量保证水平.3.设计前的准备工作〔1〕将用户对产品的可靠性要求,在综合平衡可靠性、性能、费用和研制〔生产〕周期等因素的根底上,转化为明确的、定量化的可靠性设计指标.〔2〕对国内外相似的产品进行调研,了解其生产研制水平、可靠性水平〔包括产品的主要失效模式、失效机理、已采取的技术举措、已到达的质量等级和失效率等〕以及该产品的技术发展方向.〔3〕对现有生产〔研制〕线的生产水平、工艺水平、质量保证水平进行调研,可通过通用和特定的评价电路,所遵从的认证标准或统计工艺限制〔SPC〕技术,获得在线的定量化数据.精品文档4.可靠性设计程序〔1〕分析、确定可靠性设计指标,并对该指标的必要性和科学性等进行论证.〔2〕制定可靠性设计方案.设计方案应包括对国内外同类产品〔相似产品〕的可靠性分析、可靠性目标与要求、根底材料选择、关键部件与关键技术分析、应限制的主要失效模式以及应采取的可靠性设计举措、可靠性设计结果的预计和可靠性评价试验设计等.〔3〕可靠性设计方案论证〔可与产品总体方案论证同时进行〕.〔4〕设计方案的实施与评估,主要包括线路、幅员、工艺、封装结构、评价电路等的可靠性设计以及对设计结果的评估.〔5〕样品试制及可靠性评价试验.〔6〕样品制造阶段的可靠性设计评审.〔7〕通过试验与失效分析来改良设计,并进行“设计一试验一分析一改良〞循环,实现产品的可靠性增长,直到到达预期的可靠性指标.〔8〕最终可靠性设计评审.〔9〕设计定型.设计定型时,不仅产品性能应满足合同要求,可靠性指标是否满足合同要求也应作为设计定型的必要条件.6.2.2集成电路的可靠性设计指标1.稳定性设计指标半导体集成电路经过贮存、使用一段时间后,在各种环境因素和工作应力的作用下,某些电性能参数将逐渐发生变化.如果这些参数值经过一定的时间超过了所规定的极限值即判为失效,这类失效通常称为参数漂移失效,如温漂、时漂等.因此,在确定稳定性设计指标时,必须明确规定半导体集成电路在规定的条件下和规定的时间内,其参数的漂移变化率应不超过其规定值. 如某CMOS集成电路的两项主要性能参数功耗电流I OD和输出电流I OL、10H变化量规定值为：在125℃环境下工作24小时,△ I0D小于500mA；在125℃环境下工作24小时,I0L、I0H变化范围为±20%.2.极限性设计指标半导体集成电路承受各种工作应力、环境应力的极限水平是保证半导体集成电路可靠性的主要条件.半导体集成电路的电性能参数和热性能参数都有极限值的要求,如双极器件的最高击穿电压、最大输出电流、最高工作频率、最高结温等.极限性设计指标确实定应根据用户提出的工作环境要求.除了遵循标准中必须考核的工程之外,对影响产品可靠性性能的关键极限参量也应制定出明确的量值,以便在设计中采取举措加以保证.3.可靠性定量指标表征产品的可靠性有产品寿命、失效率或质量等级.假设半导体集成电路产品的失效规律符合指数分布时,寿命与失效率互为倒数关系.通常半导体集成电路的可靠性指标也可根据所遵循技术标准的质量等级分为S级、B级、B1 级.4. 应限制的主要失效模式精品文档半导体集成电路新品的研制应根据电路的具体要求和相似产品的生产、使用数据,通过可靠性水平分析,找到可能出现的主要失效模式,在可靠性设计中有针对性地采取相应的纠正举措, 以到达限制或消除这些失效模式的目的.一般半导体集成电路产品应限制的主要失效模式有短路、开路、参数漂移、漏气等,其主要失效机理为电迁移、金属腐蚀、静电放电、过电损伤、热载流子效应、闩锁效应、介质击穿、a辐射软误差效应、管壳及引出端锈蚀等.6.2.3集成电路可靠性设计的根本内容1.线路可靠性设计线路可靠性设计是在完成功能设计的同时,着重考虑所设计的集成电路对环境的适应性和功能的稳定性.半导体集成电路的线路可靠性设计是根据电路可能存在的主要失效模式,尽可能在线路设计阶段对原功能设计的集成电路网络进行修改、补充、完善,以提升其可靠性.如半导体芯片本身对温度有一定的敏感性,而晶体管在线路到达不同位置所受的应力也各不相同,对应力的敏感程度也有所不同.因此,在进行可靠性设计时,必须对线路中的元器件进行应力强度分析和灵敏度分析〔一般可通过SPICE和有关模拟软件来完成〕,有针对性地调整其中央值,并对其性能参数值的容差范围进行优化设计,以保证在规定的工作环境条件下,半导体集成电路整体的输出功能参数稳定在规定的数值范围,处于正常的工作状态.线路可靠性设计的一般原那么是：〔1〕线路设计应在满足性能要求的前提下尽量简化；〔2〕尽量运用标准元器件,选用元器件的种类尽可能减少,使用的元器件应留有一定的余量, 预防满负荷工作；〔3〕在同样的参数指标下,尽量降低电流密度和功耗,减少电热效应的影响；〔4〕对于可能出现的瞬态过电应力,应采取必要的保护举措.如在有关端口采用箝位二极管进行瞬态电压保护,采用串联限流电阻限制瞬态脉冲过电流值.2.幅员可靠性设计幅员可靠性设计是根据设计好的幅员结构由平面图转化成全部芯片工艺完成后的三维图像, 根据工艺流程根据不同结构的晶体管〔双极型或MOS型等〕可能出现的主要失效模式来审查版图结构的合理性.如电迁移失效与各部位的电流密度有关,一般规定有极限值,应根据幅员考察金属连线的总长度,要经过多少爬坡,预计工艺的误差范围,计算出金属涂层最薄位置的电流密度值以及出现电迁移的概率.此外,根据工作频率在超高频情况下平行线之间的影响以及对性能参数的保证程度,考虑有无出现纵向或横向寄生晶体管构成潜在通路的可能性.对于功率集成电路中发热量较大的晶体管和单元,应尽量分散安排,并尽可能远离对温度敏感的电路单元.3.工艺可靠性设计为了使幅员能准确无误地转移到半导体芯片上并实现其规定的功能,工艺设计非常关键.一般可通过工艺模拟软件〔如SUPREM等〕来预测出工艺流程完成后实现功能的情况,在工艺生产过程中的可靠性设计主要应考虑：〔1〕原工艺设计对工艺误差、工艺限制水平是否给予足够的考虑〔裕度设计〕,有无监测、监控举措〔利用PCM测试图形〕;精品文档〔2〕各类原材料纯度的保证程度；〔3〕工艺环境洁净度的保证程度；〔4〕特定的保证工艺,如钝化工艺、钝化层的保证,从材料、工艺到介质层质量〔结构致密度、外表介面性质、与衬底的介面应力等〕的保证.4.封装结构可靠性设计封装质量直接影响到半导体集成电路的可靠性.封装结构可靠性设计应着重考虑：〔1〕键合的可靠性,包括键合连接线、键合焊点的牢固程度,特别是经过高温老化后性能变脆对键合拉力的影响；〔2〕芯片在管壳底座上的粘合强度,特别是工作温度升高后,对芯片的剪切力有无影响.此外,还应注意粘合剂的润湿性,以限制粘合后的孔隙率；〔3〕管壳密封后气密性的保证；〔4〕封装气体质量与管壳内水汽含量,有无有害气体存在腔内；〔5〕功率半导体集成电路管壳的散热情况；〔6〕管壳外管脚的锈蚀及易焊性问题.5.可靠性评价电路设计为了验证可靠性设计的效果或能尽快提取对工艺生产线、工艺水平有效的工艺参数,必须通过相应的微电子测试结构和测试技术来采集.所以,评价电路的设计也应是半导体集成电路可靠性设计的主要内容.一般有以下三种评价电路：〔1〕工艺评价用电路设计主要针对工艺过程中误差范围的测定,一般采用方块电阻、接触电阻构成的微电子测试结构来测试线宽、膜厚、工艺误差等.〔2〕可靠性参数提取用评估电路设计针对双极性和CMOS电路的主要失效模式与机理,借助一些单管、电阻、电容,尽可能全面地研究出一些能评价其主要失效机理的评估电路.〔3〕宏单元评估电路设计针对双极型和CMOS型电路主要失效模式与机理的特点,设计一些能代表复杂电路中根本宏单元和关键单元电路的微电子测试结构,以便通过工艺流程研究其失效的规律性.6.2.4可靠性设计技术可靠性设计技术分类方法很多,这里以半导体集成电路所受应力不同造成的失效模式与机理为线索来分类,将半导体集成电路可靠性设计技术分为：〔1〕耐电应力设计技术：包括抗电迁移设计、抗闩锁效应设计、防静电放电设计和防热载流子效应设计；〔2〕.耐环境应力设计技术：包括耐热应力、耐机械应力、耐化学应力和生物应力、耐辐射应力设计；〔3〕稳定性设计技术：包括线路、幅员和工艺方面的稳定性设计.在下面几节将对这些技术进行详细阐述.精品文档6.2.5耐电应力设计技术半导体集成电路所承受过高电应力的来源是多方面的,有来自于整机电源系统的瞬时浪涌电流、外界的静电和干扰的电噪声,也有来自于自身电场的增强.此外,雷击或人为使用不当(如系统接地不良,在接通、切断电源的瞬间会引起输入端和电源端的电压逆转)也会产生过电应力. 过电流应力的冲击会造成半导体集成电路的电迁移失效、CMOS器件的闩锁效应失效、功率集成电路中功率晶体管的二次击穿失效和电热效应失效等；过电压应力那么造成绝缘介质击穿和热载流子效应等.1.抗电迁移设计电迁移失效是在一定温度下,当半导体器件的金属互连线上流过足够大的电流密度时,被激发的金属离子受电场的作用形成离子流朝向阴极方向移动,同时在电场作用下的电子通过对金属离子的碰撞给离子的动量形成朝着金属模阳极方向运动的离子流.在良好的导体中,动量交换力比静电力占优势,造成了金属离子向阳极端的净移动,最终在金属膜中留下金属离子的局部堆积(引起短路)和空隙(引起开路).MOS和双极器件对这一失效模式都很敏感,但由于MOS器件属于高阻抗器件,电流密度不大,相对而言,电迁移失效对MOS器件的影响比双极器件小. 在各种电迁移失效模型中引用较多的为下式MTF=AW P L qJ^n exp ((6.1) 式中,MTF是平均失效时间,A、p、q均为常数,W是金属条线宽,L是金属条厚度,J是电流密度,n 一般为2, E a为激活能,k是玻尔兹曼常数,T是金属条的绝对温度.为预防电迁移失效,一般采取以下设计举措：(1)在铝材料中参加少量铜(一般含2〜4%重量比),或参加少量硅(含0.3%重量比),或在铝条上覆盖Al-Cu合金.含铜的铝膜电迁移寿命是纯铝膜的40倍,但在高温下铜原子在电场作用下会迁移到PN结附近引起PN结劣化.(2)在铝膜上覆盖完整的钝化膜.(3)降低互连线中的电流密度.对于互连线厚度大于0.8 u m、宽度大于6u m的电流密度设计容限一般规定如下：有钝化层的纯铝合金条,电流密度J W5X105A/cm2；无钝化层的纯铝或铝合金条,JW2X105A/cm2；金膜,JW6X105A/cm2；其它各种导电材料膜条,JW2X105A/cm2. 对于VLSI中金属互连线的电流密度设计容限的要求应更加严格,应取JW2X105A/cm2.实际上, 这一设计容限值是导体电流、温度和温度梯度的函数.(4)增强工艺限制精度,减少铝互连线的工艺缺陷.(5)金(Au)互连线系统有很好的抗电迁移水平.为了预防形成Au-Si低熔点共晶体,需在金一硅之间引入衬垫金属,如Pt-Ti-Pt-Au结构.(6)可考虑用钼、钨、氮化钛氮化钨等高熔点金属替代铝作电极材料.2.抗闩锁设计CMOS集成电路含有n沟MOS和p沟MOS晶体管,不可预防地存在npnp寄生可控硅结构,在一定条件下,该结构一旦触发,电源到地之间便会流过较大的电流,并在npnp寄生可控硅结构中精品文档同时形成正反应过程,此时寄生可控硅结构处于导通状态.只要电源不切断,即使触发信号已经消失,业已形成的导通电流也不会随之消失,此现象即为闩锁效应,简称闩锁(Latch-up).(1)CMOS半导体集成电路产生闩锁的三项根本条件是：•外加干扰噪声进入寄生可控硅,使某个寄生晶体管触发导通.•满足寄生可控硅导通条件：上 + — 2 1(6.2)R J匚4+勺其中：a n和a p分别为npn管和pnp管的共基极电流增益；,和,分别为npn管和pnp管发射极串联电阻；R W和R S分别为npn管pnp管EB结的并联电阻.除了&「a「与外加噪声引起的初始导通电流有关外,所有以上各参数均由CMOS半导体集成电路的幅员和工艺条件决定.•导通状态的维持.当外加噪声消失后,只有当电源供应的电流大于寄生可控硅的维持电流或电路的工作电压大于维持电压时,导通状态才能维持,否那么电路退出导通状态.(2)抗闩锁的设计原那么抗闩锁可靠性设计总的原那么是：根据寄生可控硅导通条件,设法降低纵、横向寄生晶体管的电流放大系数,减少阱和衬底的寄生电阻,以提升造成闩锁的触发电流阈值,破坏形成正反应的条件.(3)幅员抗闩锁设计•尽可能增加寄生晶体管的基区宽度,以降低其8.对于横向寄生晶体管,应增加沟道MOS 管与P沟道MOS管的间距；对纵向寄生晶体管,应增加阱深,尽可能缩短寄生晶体管基极与发射极的n+区与p+区的距离,以降低寄生电阻.尽可能多开设电源孔和接地孔,以便增长周界；电源孔尽量设置在P沟道MOS管与P阱之间,接地孔开设在靠近P沟道MOS管的P阱内,尽量减少P 阱面积,以减少寄生电流.•采用阻断环结构,如图6.1所示.•采用保护环结构,如图6.2所示.•采用伪集电极结构,如图6.3所示.图6.1 CMOS电路防闩锁的阻断环结构精品文档P MQS的保沪讣nMQS的保炉图6.2 CMOS电路防闩锁的保护结构PMOS r图6.3体硅CMOS电路伪集电极结构及等效电路(4)工艺抗闩锁设计•采用掺金、本征吸杂、中子或电子辐照等方法,以降低寄生晶体管的电流放大系数；•在低阻的n+衬底上生长n-外延层,再作p阱和n+、p+源接触,形成低阻衬底来降低衬底寄生电阻；•用肖特基势垒代替扩散结制作MOS管的源区和漏区.由于肖特基势垒结发射效率比pn结低得多,可大大削弱闩锁效应；•采用在绝缘衬底上生长硅外延层的CMOS/SOI工艺技术.3.防静电放电设计静电放电(ESD)失效可以是热效应,也可以是电效应,这取决于半导体集成电路承受外界过电应力的瞬间以及器件对地的绝缘程度.假设器件的某一引出端对地短路,那么放电瞬间产生电流脉冲形成焦耳热,使器件局部金属互连线熔化或芯片出现热斑,以致诱发二次击穿,这就属于热效应. 假设器件与地不接触,没有直接电流通路,那么静电源不是通过器件到地直接放电,而是将存贮电荷传到器件,放电瞬间表现为产生过电压导致介质击穿或外表击穿,这就属于静电效应.预防半导体集成电路静电放电失效的设计举措主要有：(1)MOS器件防静电放电效应设计.图6.4为场效应管静电保护电路,图6.5为二极管防静电保护电路.精品文档〔2〕双极型器件防静电放电失效设计.图6.6为双极型器件防静电保护电路.〔3〕 CMOS器件防静电放电失效设计.图6.7是CMOS器件防静电保护电路.以上防静电保护电路中选用的元件一般要求具有高耐压、大功耗和小动态电阻,使之具有较强的抗静电水平.同时,还要求具有较快的导通速度和小的等效电容,以减少保护电路对电路性能的影响.图6.5 MOS器件二极管防静电保护电路〔a〕保护电路；〔b〕结构剖面图；〔c〕等效电路精品文档图6.6双极型器件静电保护电路〔a〕限流电阻；〔b〕钳位二极管“IL吐\L多X电阻叫书^i।不・1 ' .一■I保护电路〔a〕图6.7 CMOS器件防静电保护电路〔a〕采用多晶硅电阻；〔b〕采用扩散电阻4.防热载流子效应设计防热载流子效应设计主要是采取减弱MOS场效应晶体管漏极附近电场强度的结构,一般通过工艺来形成轻掺杂漏极〔LDD〕结构.首先对产品硅栅极进行掩膜形成n+区,再用化学气相淀积〔CVD〕技术把氧化膜淀积在整个芯片上,再利用各向异性刻蚀在多晶硅栅极侧面形成CVD氧化膜侧壁.对这个侧壁进行掩膜,便形成高浓度区n+.由于在LDD结构中n-、n+区是分别形成的,便于各区选取最正确浓度.这种工艺易于形成,重复性也好,是行之有效的方法.图6.8为LDD结构和普通结构电场强度的比拟.图6.9和图6.10分别为改良的LDD结构,即埋层LDD结构〔BLDD〕和双注入100结构〔DI-LDD〕.精品文档图6.8 LDD 结构和普通结构电场强度的比拟6.2.6耐环境应力设计技术1 .耐热应力设计(1)热应力引起半导体集成电路的失效热应力引起的失效可以分为两种情况：•由于高温而引起的失效.高温可能来自四周环境温度升高,也可能来自电流密度提升造 成的电热效应.温度的升高不仅可以使器件的电参数发生漂移变化,如双极器件的反向漏电流 和电流增益上升,MOS 器件的跨导下降,甚至可以使器件内部的物理化学变化加速劣化,缩短器件 寿命或使器件烧毁,如加速铝的电迁移、引起开路或短路失效等.•温度剧烈变化引起的失效.温度变化可以在具有不同的热膨胀系数的材料内形成不匹配应 力,造成芯片与管脚间的键合失效、管壳密封性失效和器件某些材料的热疲劳劣化.半导体集成电路集成度、功率密度的不断提升和封装管壳的不断减少,使热应力引起的可靠 性问题变得更加突出.(2)反映半导体集成电路热性能的主要参数反映半导体集成电路热性能的主要参数有两个,即器件的最高允许结温T m 和热阻R T .它们 精品文档■ 一圮重打辕tH J a r离界口一£/封蚂也留S2帏a 10 图6.9埋层LDD 结构图6.10双注入LDD 结构用来表征半导体集成电路的耐热极限和散热水平.半导体集成电路工作所消耗的功率会转换成热量,使电路的结温上升.当结温高于环境温度7；时,热量靠温差形成的扩散电流由芯片通过管壳向外散发,散发出的热量随温差的增大而增加,当结温上升到耗散功率能全部变成散发热量时, 结温不再上升,这时电路处于动态热平衡状态.平衡时结温的大小取决于耗散功率和电路的散热水平,耗散功率越大或电路的散热水平越差,结温就高；热阻越大那么表示散热水平越差.(3)耐热应力设计的方法半导体集成电路的热设计就是尽力预防器件出现过热或温度交变诱生失效,主要包括：•管芯热设计.主要通过幅员的合理布局使芯片外表温度尽可能均匀分布,预防出现局部的过热点.•封装键合热设计.主要通过合理选择封装、键合和烧结材料,尽可能降低材料之间的热不匹配性,预防出现过大的热应力.半导体集成电路常用材料的典型热特性值见表6.1.•管壳热设计.应着重考虑功率器件应具有足够大的散热水平.对于耗散功率较大的集成电路,为了改善芯片与底座接触良好,多采用芯片反面金属化和选用绝缘性与导热性好的氧化镀陶瓷,以增加散热水平.采用不同标准外壳封装的半导体集成电路热阻的典型值见表6.2.•为了使半导体集成电路能正常地、长期可靠地工作,必须规定一个最高允许结温T.m.综合各种因素,微电子器件的最大允许结温为：塑料封装硅器件一般为125〜150℃,金属封装硅器件一般为150〜175℃,锗器件一般为70〜90℃.112.耐机械应力设计半导体集成电路在运输和使用现场中将受到各种形式机械环境因素的作用,其中最常见、影 响最大的是振动和冲击.此外,离心、碰撞、跌落、失重、声振等机械作用也会对半导体集成电 路施加不同程度的机械应力.(1)振动和冲击对半导体集成电路性能的影响•振动的影响.振动是周期性的施加大小交替的力.根据力的作用频率不同,振动可分为固 定频率、周期变频和随机性振动等三种情况.通常遇到的振动是在一定范围内的随机振动,随机 振动实际可能到达0〜10000Hz ,电子产品受振动影响的频率范围通常为20〜2000Hz .一般认为, 低于20Hz 或高于2000Hz 频率是平安的.半导体集成电路在机械振动的反复作用下,机械构件会 产生疲劳损伤,使其结构松动,特别容易发生引线断裂、开焊、局部气密封接处出现裂缝等,轻 那么引起参数变化,重那么造成失效.特别是,当半导体集成电路本身的固有频率在设备的振动频率 谱范围内时,会出现共振现象.共振将使半导体集成电路的引线疲劳,使参数发生不可逆的变化而失效.此外,过大的振幅可能使脆性材料断裂,热性材料变形,造成产品结构严重损坏.•冲击的影响.冲击是对产品施加突发性的力,其加速度很大,致使半导体集成电路在瞬间 受到强烈的机械冲击,可造成电路的机械结构损坏,也可造成内引线的键合点脱开或内引线折断 而引起开路失效.此外,还会使芯片产生裂纹或与管座脱离.在各种环境条件下的冲击加速度如 表6.3所示.精品文档12。
半导体集成电路可靠性测试及数据处理
寿命分布的参数估计是基本的可靠性数据处理方法，我们回顾并讨论了可靠
性寿命分布参数估计的各种常用方法。最佳线性无偏估计以次序统计量理论以及 高斯－马尔可夫定理为出发点，是一种高精度且有效的可靠性寿命分布参数估计 方法。然而，它只能应用于样本总数比较小的场合并且不能应用于Ｉ型截尾数据。
极大似然估计法是另一种具有良好性质的参数估计方法。我们通过对各种参数估
Ｈｏｗｅｖｅｒ，ＢＬＵＥ ｉｓ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ａｔ ｓｍａｌｌ ｓａｍｐｌｅ ｓｉｚｅｓ ａｎｄ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｏｎ ｔｙｐｅ Ｉ ｃｅｎｓｏｒｅｄ ｄａｔａｓｅｔｓ．Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（ＭＬＥ）ｉｓ ａｎｏｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｓｅｖｅｒａｌ ｇｏｏｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｅｃｔ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＭＬＥ ａｎｄ ＢＬＵＥ ｉｎ ｏｕｒ ｓｔｕｄｙ ｍａｋｅｓ ｉｔ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｕｓｅ ＭＬＥ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ＢＬＵＥ ｆｏｒ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｓ．
半导体集成电路的哥靠性测试及数据处理还有很多工作需要进行。希望我们 的研究对于国内半导体集成电路产业以及半导体集成电路可靠性工作的发展有 一定的帮助。
关键词：晶圆级可靠性，加速寿命试验，威卸尔分布，极大似然估计 中图分类号：ＴＢｌｌ４．３
半导体集成电路可靠性测试发数据处理
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半导体集成电路口Ｊ靠件测试发数据处理
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集成电路可靠性的研究及实验
随着科学技术的不断发展，集成电路在现代社会中扮演着越来
越重要的角色。
集成电路的可靠性是其能否长期稳定运行的重要
衡量标准。
因此，集成电路可靠性的研究和实验具有重要意义。
一、集成电路可靠性的概念及影响因素
集成电路可靠性是指在设定的工作条件下，电路或设备可以在
特定的使用寿命内长期稳定的运行。
其影响因素主要包括环境温度、电压、频率、电磁场、辐射等因素。
二、可靠性的研究方法
集成电路可靠性的研究方法可分为三类：分析法、实验法和计
算机模拟法。
其中，常用的实验方法有高压老化实验、温度老化
实验、高温高湿老化实验等。
三、实验过程及分析
以高温高湿老化实验为例，实验过程如下：将集成电路器件放
置于高温高湿环境箱中，在设定的温度和湿度条件下进行老化测
试并记录数据，然后对测试数据进行分析和比对。
实验结果表明，高温高湿环境对集成电路器件的寿命有着显著
的影响。
随着温度的升高和湿度的增加，器件的可靠性逐渐降低。
因此，在使用集成电路时，需注意环境温度和湿度的要求，以确保其可靠性。
四、可靠性提高的方法
提高集成电路的可靠性可以从以下方面考虑：优化设计、加强工艺控制和改进测试方法。
例如，在设计上可以减小器件的功耗和电压波动，提高器件的硬度和稳定性；在工艺控制上可以加强材料选择和处理，避免设备中出现不良的金属元素或杂质等；在测试方法上可以增加测试时间和测试参数，提高测试精度和有效性。
五、总结
随着信息技术的快速发展，集成电路可靠性在信息产业中的重要性不断提高。
该文简单介绍了集成电路可靠性的概念、影响因素、研究方法、实验过程以及可靠性提高的方法。
在未来的发展中，需要不断提高集成电路的可靠性，以适应日益增长的信息产业的需求。