微電子器件可靠性習(xí)題.doc

微電子器件可靠性習(xí)題第一、二章 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1微電子器件的可靠性是指產(chǎn)品在 規(guī)定條件下 和 規(guī)定時間內(nèi) ；完成 規(guī)定功能 的能力。2產(chǎn)品的可靠度為R(t)、失效概率為F(t)，則二者之間的關(guān)系式為R(t)+F(t)=1。3描述微電子器件失效率和時間之間關(guān)系的曲線通常為一“浴盆”，該曲線明顯分為三個區(qū)域，分別是 早期失效期 、 偶然失效期 和 耗損失效期 。4表決系統(tǒng)實(shí)際上是并聯(lián) （串聯(lián)、并聯(lián)）系統(tǒng)的一種。5設(shè)構(gòu)成系統(tǒng)的單元的可靠度均為R，則由兩個單元構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為 R2 ；由兩個單元構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為 2R-R2 。6產(chǎn)品的可靠度為R(t)、失效概率密度為f(t)，則二者之間的關(guān)系式為f(t)=R(t) 。7微電子器件的可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下 和 規(guī)定時間內(nèi) ；完成規(guī)定功能 的 概率 。8產(chǎn)品的可靠度為R(t)、失效概率密度為f(t)，失效率(t)，則三者之間的關(guān)系式為f(f)= (t)R(t)。9設(shè)構(gòu)成系統(tǒng)的單元的可靠度均為R，則由兩個單元構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為 R2 ；由兩個單元構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為 2R-R2 ；由三個單元構(gòu)成的2/3(G)表決系統(tǒng)的可靠度為 3R2-2R3 。10100塊IC，在第100小時內(nèi)失效數(shù)為6塊，到第101小時失效11塊，則該IC在100小時的失效概率密度是6/100 ，失效率是 5/94 。（給出分?jǐn)?shù)形式即可）。（2分）11產(chǎn)品的可靠度降低到0.5時，其工作時間稱為中位壽命 ，可靠度降低到1/e時，其工作時間稱為 特征壽命 。12(t)是一個比較常用的特征函數(shù)，它的單位用1/h，也常用%/1000h或10-9/h，后者稱為菲特（Fit），100萬個器件工作1000h后只有一個失效率，即1Fit。13失效率單位有三種表示方法：1/h、%/1000h、（非特Fit）10-9/h。通常可用每小時或每千小時的百分?jǐn)?shù)作為產(chǎn)品失效的單位。對于可靠性要求特高的微電子器件產(chǎn)品，常用Fit作為基準(zhǔn)單位，1個非特所表示的物理意義是指10億個產(chǎn)品，在1小時內(nèi)只允許有一個產(chǎn)品失效，或者說每千小時內(nèi)只允許有百萬分之一的失效概率。14在t=0時，有N=100件產(chǎn)品開始工作，在t=100小時前有兩個失效，而在100-105小時內(nèi)失效1個，失效概率密度f（100）=1/5*100，失效率(100)=1/5*98，假如到t=1000小時前有51個失效，而在1000-1005小時內(nèi)失效1個，此時f（1000）=1/5*100，(1000)=1/5*49。15一臺電視機(jī)有1000個焊點(diǎn)，工作1000小時后檢查100臺電視機(jī)，發(fā)現(xiàn)有兩點(diǎn)脫焊，則焊點(diǎn)的失效率（t=0）為(0)=2/1000*（105-0）=2*10-8/小時=20非特一、簡答和證明（滿分14分）1） 什么是失效概率密度f(t)？（2分）2） 什么是失效率(t)？（2分）3） 已知失效概率密度f(t)是失效概率F(t)的微商，證明f(t)和(t)之間的關(guān)系式為。（10分）答題要點(diǎn)：1) 失效概率密度是指產(chǎn)品在t時刻的單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。2) 失效率是指在時刻t尚未失效的器件，在單位時間內(nèi)失效的概率。3) 方法一：設(shè)N個產(chǎn)品從t=0時刻開始工作，到t時刻有n(t)個產(chǎn)品失效，到t+t時刻有n(t+t)個產(chǎn)品失效，則失效率可表示為： 于是 即 方法二：在t時刻完好的產(chǎn)品，在t,t+t時間內(nèi)失效的概率為： 在單位時間內(nèi)失效的概率為： 顯然事件 包含事件 ，即若事件 發(fā)生，則必導(dǎo)致事件 發(fā)生。 所以有 根絕概率的乘法公式P（AB）=P(A)P(B|A) 得： 于是： 二、（滿分10分）1) 設(shè)構(gòu)成系統(tǒng)的單元的可靠度均為R，其壽命相互獨(dú)立。分別推導(dǎo)出由兩個單元串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)成的系統(tǒng)的可靠度；(6分)答題要點(diǎn)：1) 設(shè)兩個單元的壽命分別為，系統(tǒng)的壽命為。則串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為由于R1=R2=R所以RS=R2設(shè)并聯(lián)系統(tǒng)的失效分布函數(shù)為FS（t）于是，并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為RS（t）=1-F(t)=R2-2R第三章失效物理1微電子器件中熱載流子的產(chǎn)生可以有3種方式，它們產(chǎn)生的載流子分別稱為溝道熱載流子、襯底熱載流子 和雪崩熱載流子。（3分）2電遷移的失效模式一般可以有3種，分別為短路 、斷路 和 參數(shù)退化 。3目前公認(rèn)的在Si-SiO2界面SiO2一側(cè)存在的四種電荷為： 固定氧化層電荷 、 可動電荷 、 界面陷阱電荷 和 氧化層陷阱電荷 。4在外界熱、電、機(jī)械應(yīng)力作用下，發(fā)生在微電子器件內(nèi)部及界面處的物理和化學(xué)變化及效應(yīng)會引起器件的失效，因此稱之為 失效物理 。5由于輻射使DRAM存儲單元發(fā)生存儲信息錯誤，稱之為 軟誤差 。三、（滿分20分）1） 畫圖說明pnp晶體管中Si-SiO2界面的Na+對反偏BC結(jié)漏電流的影響；（10分）2） 右圖是Si-SiO2界面存在Na+，且BC結(jié)反偏時，反向漏電流雖反向電壓的變化曲線，解釋圖中曲線1、曲線2的形成原因？（10分）答題要點(diǎn)：1) 如下圖所示，當(dāng)氧化層中的Na+全部遷移到Si-SiO2界面時，可以使P區(qū)表面反型，形成溝道漏電，引起器件擊穿。半導(dǎo)體表面反型以后，反型層和原襯底之間構(gòu)成一個pn結(jié)，叫場感應(yīng)結(jié)（相對于摻雜過程所形成的冶金pn結(jié)）。這樣npn晶體管BC結(jié)的有效面積增大，實(shí)際結(jié)面積除了原來的冶金結(jié)外，還應(yīng)該加上因表面電場感應(yīng)的場感應(yīng)結(jié)面積。所以，pn結(jié)總的反向漏電流增大。 2) 當(dāng)施加反向偏壓時，場感應(yīng)結(jié)將產(chǎn)生反向漏電，但溝道的反向漏電是橫向通過溝道并流入地端的，如圖中箭頭所示。由于n溝道很薄，存在較大的橫向電阻，因此橫向電流必將在溝道中產(chǎn)生歐姆壓降，結(jié)果是溝道各處的壓降不一樣。顯然圖中B點(diǎn)電壓等于外加反向偏壓，沿y軸的方向場感應(yīng)結(jié)的壓降將逐漸減小，直到A點(diǎn)電壓降為零，因為對溝道電流有用的溝道為BA段。A點(diǎn)會隨著反向電壓的增大而向右移動，所以又向溝道長度變大，樓電流變大，途中OC段。隨著反向電壓的增加，場感應(yīng)結(jié)空間電荷區(qū)寬度逐漸加寬，由于溝道很薄，所以當(dāng)反向電壓增大到某一值V夾斷時，將會使B點(diǎn)的空間電荷區(qū)直接與硅表面接觸，溝道被空間電荷區(qū)夾斷，發(fā)向漏電不再隨電壓增大而增加，曲線1的CD段。反向電壓繼續(xù)增大結(jié)擊穿，電流猛增，曲線1的DE段。如果Si-SiO2界面的Na+很多，使得表面反型層的電導(dǎo)率很高，因此盡管偏壓很大，場感應(yīng)結(jié)的空間電荷區(qū)也很難擴(kuò)展到貴表面，不容易出現(xiàn)夾斷現(xiàn)象，曲線2。五、（滿分16分）1) 什么是熱載流子效應(yīng)？(4分)2) 以NMOS管處于“開態(tài)”(VGS0,VDS0)為例，畫圖說明熱載流子對閾值電壓的影響；(8分)3) 簡述避免熱載流子效應(yīng)的措施。(4分)答題要點(diǎn)：1） 能量比費(fèi)米能級大幾個kT以上的載流子成為熱載流子。熱載流子與晶格處于熱不平衡狀態(tài)，當(dāng)其能量達(dá)到或超過Si-SiO2的界面勢壘時（對電子注入為3.2eV，對空學(xué)為4.5eV）便會注入到氧化層中，產(chǎn)生界面態(tài)、氧化層陷阱或被陷阱俘獲，使氧化層電荷增加或者波動，成為熱載流子效應(yīng)。2） NMOS管處于“開態(tài)”時，熱載流子主要是溝道熱載流子。來源于溝道中的熱載流子在高電場的影響下，熱電子將從源極向漏極運(yùn)動，并受到加速，產(chǎn)生碰撞電離和散射。某些散射電子獲得足夠能量，超越Si-SiO2的界面勢壘，進(jìn)入氧化層。從而對閾值電壓產(chǎn)生影響（使之變大），因為柵上所加的正電壓要有一部分用來抵銷電子。3） 采用LDD（Lightly Doped Drain-Source）結(jié)構(gòu)；改善柵氧化層質(zhì)量，降低熱載流子陷阱密度和俘獲界面。五、簡述題（10分）4) 什么是熱載流子效應(yīng)？(4分)5) 除了溝道熱載流子外，還有哪兩種熱載流子？（2分）6) 以NMOS管為例，簡述溝道熱載流子是如何產(chǎn)生的。(4分) 答題要點(diǎn)：1） 能量比費(fèi)米能級大幾個kT以上的載流子成為熱載流子。熱載流子與晶格處于熱不平衡狀態(tài)，當(dāng)其能量達(dá)到或超過Si-SiO2的界面勢壘時（對電子注入為3.2eV，對空學(xué)為4.5eV）便會注入到氧化層中，產(chǎn)生界面態(tài)、氧化層陷阱或被陷阱俘獲，使氧化層電荷增加或者波動，成為熱載流子效應(yīng)。2） 襯底熱載流子，雪崩注入熱載流子。3） 溝道中的熱載流子在高電場的影響下，熱電子將從源極向漏極運(yùn)動，并受到加速，產(chǎn)生碰撞電離和散射。某些散射電子獲得足夠能量，超越Si-SiO2的界面勢壘，進(jìn)入氧化層。從而對閾值電壓產(chǎn)生影響（使之變大），因為柵上所加的正電壓要有一部分用來抵銷電子。六、（滿分20分）CMOS工藝會存在閂鎖效應(yīng)，設(shè)RS和RW分別為n型襯底和p阱寄生的電阻，pnp和pnp分別為寄生晶體管的共基極電流增益。1) 給出觸發(fā)閂鎖效應(yīng)的條件；(6分)2) 至少給七種抑制閂鎖效應(yīng)的措施，并給出每種措施所改變的參數(shù)。(14分)答題要點(diǎn)： 1）a 兩個發(fā)射節(jié)正偏 b c IpowerI維持2）(1) 均勻其充分設(shè)計阱和襯底的接觸 減小RS,RW；(2) 采用保護(hù)環(huán) 減小RS,RW；(3) 埋層 減小Rw,npn；(4) 采用外延層 減小RS；(5) 采用偽收集器收集由橫向pnp發(fā)射極注入的空穴，阻止縱向npn的基極注入，從而有效地減小npn；(6) PMOS管盡可能離P阱遠(yuǎn)些 減小pnp；(7) 增加阱深 減小pnp；(8) 采用SOS工藝。二、（滿分14分）4） 半導(dǎo)體集成電路一般為什么采用金屬鋁所謂互連線？（4分）5） 金屬鋁作為互連線有何缺點(diǎn)？（3分）6） 以金屬鋁為例說明什么是電遷移？（3分）7） 說明電遷移產(chǎn)生的原因。（4分）答題要點(diǎn)：a) 導(dǎo)電率高；可與貴材料形成低阻值的歐姆接觸；與SiO2等介質(zhì)具有良好的粘附性；便于加工。b) 性軟，機(jī)械強(qiáng)度低，易于劃傷；化學(xué)性能活躍，易受腐蝕；高電流密度下抗電遷移能力差。c) 鋁條內(nèi)有一定電流通過時，金屬離子會沿導(dǎo)體會產(chǎn)生質(zhì)量的運(yùn)輸，其結(jié)果會是導(dǎo)體的某些部位產(chǎn)生空洞或者晶須（小丘），這就是電遷移現(xiàn)象。d) 外因：溫度高，電流密度大；內(nèi)因：金屬薄膜導(dǎo)體因結(jié)構(gòu)的非均勻性，存在一定的空位濃度，金屬離子通過空位而動，但是是隨機(jī)的，當(dāng)有外力作用時會產(chǎn)生定向運(yùn)動。六、簡答及分析題（20分）1）簡述集成電路采用金屬鋁作為互連線的優(yōu)缺點(diǎn)；（7分）2）以鋁為例，說明什么是電遷移現(xiàn)象？（3分）3）簡述點(diǎn)遷移的產(chǎn)生原因（內(nèi)因、外因）；（4分）4）影響電遷移的因素之一是布線的幾何尺寸，簡要說明鋁線的長度，寬度和由電遷移決定的壽命之間的關(guān)系？（6分）答題要點(diǎn)：1） 優(yōu)點(diǎn)：a 導(dǎo)電率高；b 可以硅材料形成低阻值的歐姆接觸；c 與SiO2等介質(zhì)具有良好的粘附性；d 便于加工。缺點(diǎn)：a 性軟，機(jī)械強(qiáng)度低，容易劃傷；b 化學(xué)性能活躍，易受腐蝕；c 抗電遷移能力差。2） 當(dāng)鋁條內(nèi)有一定電流通過時，金屬離子會沿導(dǎo)體產(chǎn)生質(zhì)量的輸運(yùn)，其結(jié)果會使導(dǎo)體的某些部位產(chǎn)生空洞或晶須（小丘）。3） 外因：高溫或者即使在低溫如果電流密度較大時，都會發(fā)生電遷移。 內(nèi)因：金屬薄膜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的非均勻形式的導(dǎo)體內(nèi)從在一定的空位濃度，金屬離子通過空位而動，但是隨機(jī)的，當(dāng)存在外力時會發(fā)生定向運(yùn)動。4） a 鋁線的長度增加，壽命變短； b 線寬比材料晶粒直徑大時，線寬愈大，壽命愈長； c 線寬和金屬晶粒直徑相近時，線寬變窄，壽命變長。五、（滿分16分） 下圖為一CMOS DRAM存儲單元的剖面圖。3） 畫出其對應(yīng)電路圖，并說明其工作原理；（7分）4） 利用該圖說明什么是軟誤差以及其對DRAM單元的影響機(jī)理；（6分）5） 如何減小或避免軟誤差的影響？（3分）答題要點(diǎn)：1） 多晶硅2為門控MOS的柵，即字線，多晶硅1接固定正電位，使其下形成反型層，同時形成PN結(jié)，結(jié)電容即為存儲單元的電容。當(dāng)字線接“1”時，多晶硅2下面的硅也反型，是多晶硅1下面的反型層和漏相連。如果漏（位線接“1”，則反型層電位上升，電容上的存儲電荷增加，即表示存入“1”，相反，則反型層電位下降，電容存儲電荷減小，即表示存入的是“0”。 2）射線等高能粒子束使DRAM的存儲單元產(chǎn)生錯誤，稱為軟誤差。器件封裝材料中含有微量元素鈾等放射性物質(zhì)，它們衰變時會產(chǎn)生高能射線，自然界輻射中也存在的射線，具有較強(qiáng)的穿透能力，可以進(jìn)入硅中，產(chǎn)生電子-空穴對，空穴會經(jīng)襯底溜走，而電子流向硅內(nèi)，當(dāng)DRAM存“1”時，其高電位的勢阱俘獲電子，使存儲的“1”變?yōu)椤?”， 3）提高封裝材料的純度； 芯片表面涂阻擋層； 增加存儲單元單位面積的電荷存儲量。七、（滿分14分）1） 在CMOS電路中為什么要考慮柵氧擊穿？(4分)2） 說明柵氧擊穿的分類；(6分)3） 簡述柵氧擊穿的機(jī)理。(4分答題要點(diǎn)：1) a 器件特征尺寸不斷縮小，柵氧化層不斷減薄，要求介質(zhì)承受電場強(qiáng)度不斷增加；b IC集成度不斷提高，芯片上的器件增多，柵氧化層總面接增大，存在缺陷的概率增加。2) （1）瞬時擊穿a 本征擊穿：芯片一加電壓，電場強(qiáng)度超過介質(zhì)材料所能承受的臨界電場，介質(zhì)因電流很大，馬上擊穿。b 非本征擊穿：局部氧化層厚度較薄，或存在空洞、裂縫、雜質(zhì)等造成介質(zhì)擊穿。（2）與時間有關(guān)的介質(zhì)擊穿（TDDB）：施加電場低于柵氧本征擊穿場強(qiáng)，未引起本征擊穿，但經(jīng)歷一定時間后發(fā)生了擊穿，原因是氧化層內(nèi)產(chǎn)生并積累缺陷/陷阱。3) 分為兩個階段第一階段為積累/建立階段：在電應(yīng)力作用下，氧化層內(nèi)部及Si-SiO2界面處發(fā)生缺陷（陷阱、電荷）的積累，使局部電場增強(qiáng)第二階段為快速逸潰階段：當(dāng)?shù)谝浑A段的缺陷積累達(dá)到某一程度，使局部電場達(dá)到某一臨界值，便轉(zhuǎn)入第二階段，氧化層迅速擊穿。第四章 失效分析1電子產(chǎn)品在以應(yīng)用時，往往會因為各種 偶然因素 而失去規(guī)定的功能，即所謂 失效 。（2分）6失效喪失功能或降低到不能滿足規(guī)定的要求。7失效模式失效現(xiàn)象的表現(xiàn)形式，與產(chǎn)生原因無關(guān)。如開路、短路、參數(shù)漂移、不穩(wěn)定等8失效機(jī)理失效模式的物理化學(xué)變化過程，并對導(dǎo)致失效的物理化學(xué)變化提供了解釋。如電遷移開路，銀電化學(xué)遷移短路9應(yīng)力驅(qū)動產(chǎn)品完成功能所需的動力和加在產(chǎn)品上的環(huán)境條件。是產(chǎn)品退化的誘因。一失效機(jī)理概念及定義：n 過電應(yīng)力(EOS) 元器件承受的電流、電壓應(yīng)力或功率超過其允許的最大范圍。n 靜電放電(ESD) 處于不同靜電電位兩個物體間的靜電電荷的轉(zhuǎn)移就是靜電放電。這種靜電電荷的轉(zhuǎn)移方式有多種，如接觸放電、空氣放電，靜電放電一般是指靜電的快速轉(zhuǎn)移或泄放。n 閂鎖效應(yīng)(Latch-up)IC由于過電應(yīng)力觸發(fā)內(nèi)部寄生晶體管結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)的一種低阻狀態(tài)，這種狀態(tài)在觸發(fā)條件去除或中止后仍會存在。n 輻射損傷在自然界和人造輻射環(huán)境中，各種帶電或不帶電的高能粒子（如質(zhì)子、電子、中子）以及各種高能射線（X射線、射線）對IC造成的損傷。n 氧化層電荷IC中存在與氧化層有關(guān)的電荷，包括固定氧化層電荷Qf、可動電荷Qm、界面陷阱電荷和Qit氧化層陷阱電荷Qot 。n 熱載流子(HC) 指其能量比費(fèi)米能級大幾個kT以上的載流子，這些載流子與晶格不處于熱平衡狀態(tài)，當(dāng)其能量達(dá)到或超過Si-SiO2界面勢壘時便會注入到氧化層中，產(chǎn)生界面態(tài)，氧化層陷阱或被陷阱所俘獲，使氧化層電荷增加或波動不穩(wěn)，這就是載流子效應(yīng)。由于電子注入時所需要能量比空穴低，所以一般不特別說明的熱載流子多指熱電子。雙極器件與MOS器件中均存在熱載流子注入效應(yīng)。n 柵氧擊穿 在MOS器件及其IC電路中，柵極下面存在一薄層SiO2，此即統(tǒng)稱的柵氧（化層）。柵氧的漏電與柵氧質(zhì)量關(guān)系極大，漏電增加到一定程度即構(gòu)成擊穿，導(dǎo)致器件失效。n 與時間有關(guān)的介質(zhì)擊穿(TDDB)是指施加的電場低于柵氧的本征擊穿場強(qiáng)，并未引起本征擊穿，但經(jīng)歷一定時間后仍發(fā)生擊穿現(xiàn)象。這是由于施加應(yīng)力過程中，氧化層內(nèi)產(chǎn)生并聚集了缺陷（陷阱）的原因。n 電遷移(EM) 當(dāng)器件工作時，金屬互連線的鋁條內(nèi)有一定電流通過，金屬離子會沿導(dǎo)體產(chǎn)生質(zhì)量的運(yùn)輸，其結(jié)果會使導(dǎo)體的某些部位出現(xiàn)空洞或晶須（小丘），這即電遷移現(xiàn)象。n 應(yīng)力遷移(SM)鋁條經(jīng)過溫度循環(huán)或高溫處理，由于應(yīng)力的作用也會發(fā)生鋁條開路斷裂的失效。這時空洞多發(fā)生在晶粒邊界處，這種現(xiàn)象叫應(yīng)力遷移，以與通電后鋁條產(chǎn)生電遷移的失效區(qū)別。鋁條愈細(xì)，應(yīng)力遷移失效愈嚴(yán)重。n 鍵合失效是指金絲和鋁互連之間的鍵合失效。由于金-鋁之間的化學(xué)勢不同，經(jīng)長期使用或200以上高溫儲存后，會產(chǎn)生多種金屬間化合物，如紫斑、白斑等。結(jié)果使鋁層變薄，粘附性下降，造成半斷線狀態(tài)，接觸電阻增加，最后導(dǎo)致開路失效。 在300高溫下還會產(chǎn)生空洞，即柯肯德爾效應(yīng)，這種效應(yīng)是在高溫下金向鋁中迅速擴(kuò)散并形成化合物，在鍵合點(diǎn)四周出現(xiàn)環(huán)形空洞，使鋁膜部分或全部脫離，形成高阻或開路。n PN結(jié)穿釘是指在長期電應(yīng)力或突發(fā)的強(qiáng)電流的作用下， 在PN結(jié)處局部鋁-硅熔融生成合金釘，穿透PN結(jié)，造成PN結(jié)短路的現(xiàn)象。n 腐蝕失效許多IC是用樹脂包封的，然而水汽可以穿過樹脂體和引腳-樹脂界面到達(dá)鋁互連處，由水汽帶入的外部雜質(zhì)或從樹脂中溶解的雜質(zhì)與金屬鋁作用，使鋁互連線發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕。二金屬化電遷移解釋在外電場作用下，金屬離子受到兩種力的作用:n 一種是電場力，使金屬離子由正極向負(fù)極移動；n 另一種是導(dǎo)電電子和金屬離子間相互碰撞發(fā)生動量交換而使金屬離子受到與電子流方向一致的作用力，金屬離子由負(fù)極向正極移動，這種作用力俗稱“電子風(fēng)”。n 對鋁、金等金屬膜，電場力很小，金屬離子主要受電子風(fēng)的影響，結(jié)果使金屬離子與電子流一樣朝正極移動，在正極端形成金屬離子的堆積，形成小丘，而在負(fù)極端產(chǎn)生空洞，使金屬條斷開。金屬的腐蝕解釋n 當(dāng)金屬與周圍介質(zhì)接觸時，由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)作用而引起金屬的破壞叫做金屬的腐蝕。n 金屬的腐蝕現(xiàn)象十分普遍，在電子元器件中，外引線及封裝殼內(nèi)的金屬因化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)作用引起電性能惡化直至失效。銀離子遷移 銀的遷移是一種電化學(xué)現(xiàn)象，在具備水份和電場的條件時發(fā)生。過應(yīng)力n 電應(yīng)力-電源輸出輸入的電流、電壓超過規(guī)定的最大額定值n 熱應(yīng)力-環(huán)境溫度、殼溫、結(jié)溫超過規(guī)定的最大額定值n 機(jī)械應(yīng)力-振動、沖擊、離心力超過規(guī)定的最大額定值CMOS電路閂鎖失效n 閂鎖（latch-up）是指CMOS電路中固有的寄生可控硅結(jié)構(gòu)被觸發(fā)導(dǎo)通，在電源和地之間形成低阻大電流通路的現(xiàn)象。n MOS集成電路使用的主要失效機(jī)理n 條件-在使用上VDD(VI;VO) VSS；或電源端到地發(fā)生二次擊穿。n 危害-一旦導(dǎo)通電源端產(chǎn)生很大電流，破壞性和非破壞性n 失效特點(diǎn)-電現(xiàn)象內(nèi)部失效判別。ESD 失效機(jī)理解釋n 處于不同靜電電位的兩個物體間發(fā)生的靜電電荷轉(zhuǎn)移就形成了靜電放電，這種靜電放電將給電子元器件帶來損傷，引起產(chǎn)品失效。n 電子元器件由靜電放電引發(fā)的失效可分為突發(fā)性失效和潛在性失效兩種模式。n 突發(fā)性失效是指元器件受到靜電放電損傷后，突然完全喪失其規(guī)定的功能，主要表現(xiàn)為開路、短路或參數(shù)嚴(yán)重漂移。n 潛在性失效是指靜電放電能量較低，僅在元器件內(nèi)部造成輕微損傷，放電后器件電參數(shù)仍然合格或略有變化。但器件的抗過電應(yīng)力能力已經(jīng)明顯削弱，再受到工作應(yīng)力后將進(jìn)一步退化，使用壽命將明顯縮短。n 過電壓場致失效 發(fā)生于M0S器件，包括含有MOS電容或鉭電容的雙極型電路和混合電路；n 過電流熱致失效 多發(fā)生于雙極器件，包括輸入用pn結(jié)二極管保護(hù)的MOS電路、肖特基二極管以及含有雙極器件的混合電路。實(shí)際發(fā)生哪種失效，取決于靜電放電回路的絕緣程度。n 如果放電回路阻抗較低，絕緣性差，元器件往往會因放電期間產(chǎn)生強(qiáng)電流脈沖導(dǎo)致高溫?fù)p傷，這屬于過電流損傷n 如果放電回路阻抗較高，絕緣性好，則元器件會因接受了高電荷而產(chǎn)生高電壓，導(dǎo)致強(qiáng)電場損傷，這屬于過電壓損傷塑封器件“爆米花效應(yīng)”（分層效應(yīng)）“爆米花效應(yīng)”是指塑封器件塑封材料內(nèi)的水份在高溫下受熱發(fā)生膨脹，使塑封料與金屬框架和芯片間發(fā)生分層，拉斷鍵合絲，發(fā)生開路失效或間歇失效。芯片焊接缺陷導(dǎo)致熱燒毀的主要原因 界面空洞 熱疲勞鍵合失效機(jī)理金鋁化合物失效解釋金和鋁鍵合，在長期貯存和使用后，因化學(xué)勢不同，它們之間能生成AuAl2，AuAl， Au2Al，Au5Al2，Au4Al等金屬間化合物（IMC）。這幾種IMC的晶格常數(shù)、膨脹系數(shù)、形成過程中體積的變化、顏色和物理性質(zhì)是不同的，且電導(dǎo)率較低。AuAl2、Au5Al2、Au4Al呈淺金黃色，AuAl2呈紫色，俗稱紫斑，Au2Al呈白色，稱白斑。在鍵合點(diǎn)處生成了AuAl間IMC之后，鍵合強(qiáng)度降低、變脆開裂、接觸電阻增大，器件出現(xiàn)性能退化或引線從鍵合界面處脫落導(dǎo)致開路?？驴系聽栃?yīng)（Kirkendall）n 在AuAL鍵合系統(tǒng)中，若采用Au絲熱壓焊工藝，由于高溫（300以上），金向鋁中迅速擴(kuò)散，金的擴(kuò)散速度大于鋁擴(kuò)散速度，結(jié)果出現(xiàn)了在金層一側(cè)留下部分原子空隙，這些原子空隙自發(fā)聚積，在金屬間化合物與金屬交界面上形成了空洞，這稱為柯肯德爾效應(yīng)。n 當(dāng)柯氏效應(yīng)空洞增大到一定程度后，將使鍵合界面強(qiáng)度急劇下降，接觸電阻增大，最終導(dǎo)致開路。金屬半導(dǎo)體接觸失效解釋n 歐姆接觸，肖特基接觸n 鋁硅接觸尖峰或溶坑 在高溫加電時擴(kuò)散和遷移同時存在 鋁在硅中擴(kuò)散, 形成尖峰，發(fā)射極PN結(jié)短路 硅在鋁中擴(kuò)散，接觸面空洞開路n GaAs器件的主要失效原因措施:難熔多層金屬化如PtSiTi/W-Al氧化層擊穿 離子感應(yīng) 隧道效應(yīng) 與時間有關(guān)的介質(zhì)擊穿 氧化層缺陷擊穿-早期失效氧化層電荷 固定氧化層電荷-不影響穩(wěn)定性 可動離子電荷-影響(主要Na+離子沾污) 介面陷阱電荷-影響(主要是電離輻射) 氧化層陷阱電荷-參數(shù)漂移(熱電子注入是其形式之一)1失效分析的目的n 找出失效原因n 追溯產(chǎn)品的設(shè)計（含選型）制造使用、管理存在的不良因素n 提出糾正措施，預(yù)防失效的再發(fā)生，改進(jìn)管理n 提高產(chǎn)品可靠性，降低全壽命周期成本3高溫和高溫電偏置試驗。被分析的元器件如果屬于漏電流大或不穩(wěn)定、增益低的情況，為了證實(shí)芯片表面是否被污染，一般將元器件進(jìn)行高溫烘烤，并對比烘烤前后的有關(guān)性能。講述其體做法。4以失效分析為目的的電測技術(shù) 連接性測試 待機(jī)電流測試 正常電源電壓作用下，無信號輸入時的集成電路的電源電流叫待機(jī)電流。好壞電路的待機(jī)電流的比較是確定失效原因和確定失效分析后續(xù)步驟的重要依據(jù)。如待機(jī)電流偏大，則說明芯片內(nèi)部有局部漏電區(qū)域，應(yīng)采用光輻射顯微鏡（EMM）做漏電區(qū)失效定位；如電流偏小，則說明芯片內(nèi)部電源端或地端相連的部分金屬化互連線或引線有開路；如電流為0，說明芯片與電源端或地端相連的金屬化互連線或引線有開路。開路失效可試用X射線透視和開封鏡檢進(jìn)行分析。 端口測試 由于ESD保護(hù)電路廣泛用于CMOS電路，電源端對輸入/輸出端以及輸入/輸出端對地端可等效為兩個串聯(lián)的二極管圖，而CMOS電路的內(nèi)電路的輸入端為MOS器件，由MOS器件柵極的絕緣性，各端口對地端/電源端以及電源端對地端的正常I-V特性類似于二極管的I-V特性。測量并比較好壞電路各端口對地端或?qū)﹄娫炊薎-V特性，可確定失效端口。也可對好壞電路各端口對地端或電源端作正反向的電阻測量，確定失效端口。5無損失效分析技術(shù) 定義為不必打開封裝對樣品進(jìn)行失效定位和失效分析的技術(shù)。 電測技術(shù) X射線透視技術(shù)和反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)（C-SAM）6以測量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù) 集成電路復(fù)雜性決定了失效定位在失效分析中的關(guān)鍵作用。打開封裝后，用顯微鏡看不到失效部位時，就需對芯片進(jìn)行電激勵，根據(jù)芯片表面節(jié)點(diǎn)的電壓、波形或發(fā)光異常點(diǎn)進(jìn)行失效定位。 掃描顯微鏡的電壓襯度像 芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的波形測量7以測量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)顯微紅外熱像分析技術(shù)液晶熱點(diǎn)檢測技術(shù)光發(fā)射顯微分析技術(shù)8失效分析技術(shù) 以失效分析為目的的電測技術(shù)、無損失效分析技術(shù)、樣品制備技術(shù)、顯微形貌像技術(shù)、以測量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)、以測量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)、電子元器件化學(xué)成分分析技術(shù)、9IC失效原因 過電應(yīng)力(EOS) /靜電放電(ESD) 、工藝缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷及材料缺陷過電應(yīng)力和塑封器件的分層是IC在使用過程中最常見的失效原因；第五章 可靠性設(shè)計1微電路常規(guī)可靠性設(shè)計技術(shù)包括 冗余設(shè)計 、 降額設(shè)計 、靈敏度設(shè)計和中心值優(yōu)化設(shè)計。2內(nèi)建可靠性及其技術(shù)特點(diǎn)？四、（滿分14分）2) 什么是元件靈敏度S，給出其數(shù)學(xué)表達(dá)式？(3分)3) 什么是相對靈敏度SN，給出其數(shù)學(xué)表達(dá)式？(3分)4) 計算由圖中輸出電壓uo對電阻R1，R2的元件靈敏度和相對靈敏度。(8分)R1 3R1 1ui =1Vuo 答題要點(diǎn)：a) 元件靈敏度S是指電路特性參數(shù)T對元器件值X絕對變化的靈敏度，即為T對X的變化率。 b) 相對靈敏度SN是指電路特性T對元器件值X相對變化的靈敏度。 c)1可靠性設(shè)計中，經(jīng)常采用的兩種常規(guī)設(shè)計方法是 降額設(shè)計 和冗余設(shè)計。第六章 工藝可靠性1不考慮電流集邊效應(yīng)，縱向npn管的發(fā)射極處的接觸為 垂直 型接觸，基極處的接觸為 水平 型接觸，集電極處的接觸為 垂直 型接觸；MOS管的源極接觸為 水平 型接觸。(4分)2金屬-半導(dǎo)體的接觸按照電流流過界面層后在半導(dǎo)體內(nèi)的流動方向可分為 垂直 型和 水平 型。3正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)偏差的大小反映了參數(shù)的分散程度，越小，工藝參數(shù)的分布越集中。4標(biāo)準(zhǔn)偏差一方面代表了工藝參數(shù)的集中程度，同時也反映了該工序生產(chǎn)合格產(chǎn)品能力的強(qiáng)弱。對正態(tài)分布，絕大部分參數(shù)值集中在3 范圍內(nèi)（對應(yīng)6），其比例為99.73%，代表參數(shù)的正常波動范圍幅度。因此通常將6成為工序能力。5工業(yè)生產(chǎn)中通常采用工序能力指數(shù)評價生產(chǎn)工藝水平。8工序能力指數(shù)Cp來表示工藝水平滿足工藝參數(shù)規(guī)范要求的程度。實(shí)際工序能力指數(shù)Cpk值實(shí)際上直接反映了工藝成品率的高低，因此定量地表征了該工序滿足工藝規(guī)范要求的能力?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對工序能力指數(shù)提出了Cp不小于2、Cpk不小于1.5的要求，以保證工藝不合格率不大于3.4PPM。9工藝參數(shù)遵循正態(tài)分布，絕大部分參數(shù)值集中在3 范圍內(nèi)，其比例為99.73%。因此通常將6稱為工序能力。 6的范圍越小，表示該工序的固有能力越強(qiáng)。10元器件內(nèi)在質(zhì)量和可靠性的核心評價技術(shù)：工序能力指數(shù)Cpk、工藝過程統(tǒng)計受控狀態(tài)分析spc、產(chǎn)品出廠平均質(zhì)量水平ppm。11傳統(tǒng)的參數(shù)測試和可靠性試驗方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代元器件產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性評價的要求，需要從設(shè)計和制造角度保證和評價元器件的內(nèi)在質(zhì)量和可靠性。12只有能力很強(qiáng)的生產(chǎn)線在穩(wěn)定受控的條件下才能生產(chǎn)出內(nèi)在質(zhì)量好可靠性高的產(chǎn)品。工藝過程能力的強(qiáng)弱用工序能力指數(shù)cpk定量評價。過程是否穩(wěn)定受控用spc技術(shù)進(jìn)行定量分析。13采用PPM技術(shù)評價出廠產(chǎn)品的平均質(zhì)量，能綜合反映產(chǎn)品的設(shè)計和制造水平。14產(chǎn)品生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過程中采用SPC、Cpk、PPM分析、評價技術(shù)可以保證生產(chǎn)出內(nèi)在質(zhì)量高的產(chǎn)品。生產(chǎn)方向用戶提供電子產(chǎn)品時，不但要通過參數(shù)測試和試驗來證明產(chǎn)品滿足規(guī)范要求，還要應(yīng)用和要求，提交SPC、Cpk、PPM數(shù)據(jù)，證明提供的產(chǎn)品具有較高的質(zhì)量和可靠性。15對生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計質(zhì)量控制和評價時涉及到確定關(guān)鍵工序、確定關(guān)鍵工藝參數(shù)、實(shí)驗設(shè)計和工藝條件的優(yōu)化確定、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)的采集、工序能力評價、統(tǒng)計過程控制狀態(tài)和統(tǒng)計分析工具的應(yīng)用等幾方面的工作。16Cpk評價的是工藝總體水平，而不是一次操作的具體情況。因此，在日常生產(chǎn)過程中，不需要將工序能力指數(shù)評價作為每天比做的常規(guī)工作，可以隔一段時間觀察一次變化情況。17工序能力指數(shù)評價是用有限的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)推算工藝水平的，包括工藝成品率水平。盡管采用的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)可能都滿足規(guī)范要求，但是可以由這些數(shù)據(jù)推算出工藝的不合格率。18在生產(chǎn)中如何確定關(guān)鍵工藝參數(shù)以及對工藝參數(shù)規(guī)范的合理要求是一個關(guān)鍵問題，也是正確計算工序能力指數(shù)的前提條件。196設(shè)計是指工藝規(guī)范要求的范圍為6，同時以工藝參數(shù)分布中心與參數(shù)規(guī)范中心T0偏移為1.5作為參考條件的，將實(shí)現(xiàn)6設(shè)計要求時的工藝不合格品率3.4PPM作為6的設(shè)計目標(biāo)。目前，6設(shè)計要求代表了國際上現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對工序能力指數(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。20提高工序能力指數(shù)和實(shí)現(xiàn)6設(shè)計目標(biāo)的要求是一致的，基本途徑有三條：減小工藝參數(shù)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差；使工藝參數(shù)分布的均值盡量與規(guī)范要求中心值靠近；擴(kuò)大工藝規(guī)范要求的范圍。21工藝的起伏變化是不可避免的。如果工藝的起伏變化完全是由隨機(jī)原因引起的，不存在異常原因，則稱工藝處于統(tǒng)計受控狀態(tài)。只有在統(tǒng)計受控的條件下，才能生產(chǎn)出內(nèi)在質(zhì)量好、可靠性高的產(chǎn)品。22工藝是否處于統(tǒng)計受控狀態(tài)與工藝參數(shù)是否滿足規(guī)范要求是兩類不同的問題。23采用SPC技術(shù)可以定量評價工藝是否處于統(tǒng)計受控狀態(tài)。SPC分析的核心技術(shù)是控制圖。第七章 可靠性試驗1抽樣方案 和 批產(chǎn)品不合格率 決定該批產(chǎn)品被接收的概率，表征接收概率和產(chǎn)品不合格率關(guān)系的曲線稱為 OC 曲線，又稱為 接收概率曲線。（4分）21什么是可靠性增長試驗和老煉試驗？；(4分) 可靠性增長試驗是為暴露產(chǎn)品的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品施加特定的強(qiáng)應(yīng)力，使其失效，依據(jù)失效機(jī)理確定產(chǎn)品的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)施改進(jìn)措施，然后對該機(jī)后的產(chǎn)品施加新的應(yīng)力，尋找新的薄弱環(huán)節(jié)。隨著試驗的不斷進(jìn)行，產(chǎn)品的可靠性逐步增長； 老煉試驗是使產(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，以便使產(chǎn)品工作狀態(tài)具有設(shè)計者賦予的穩(wěn)定功能。篩選試驗?zāi)康氖翘蕹缓细窈驮缙谑Мa(chǎn)品，使其處于浴盆曲線的早期失效期與偶然失效期的交界。1開路的可能失效機(jī)理有過電應(yīng)力（EOS）損傷、金屬電遷移、金屬化的電化學(xué)腐蝕、壓焊點(diǎn)脫落、CMOS電路的閂鎖效應(yīng)、塑封器件的爆米花效應(yīng)等2漏電和短路可能的失效機(jī)理有靜電放電（EOS）損傷、顆粒引發(fā)短路、介質(zhì)擊穿、pn結(jié)微等離子擊穿、Si-Al互融3參數(shù)漂移可能的失效機(jī)理有封裝內(nèi)水汽凝結(jié)、介質(zhì)的離子沾污、輻射損傷、歐姆接觸退化、金屬電遷移4輻射對電子元器件的影響：參數(shù)漂移、軟失效5按電測結(jié)果分類，失效模式可分為：開路、短路或漏電、參數(shù)漂移、功能失效。6失效分析技術(shù)的延伸：進(jìn)貨分析作用：選擇優(yōu)質(zhì)的進(jìn)貨渠道，防止假冒偽劣元器件進(jìn)入整機(jī)生產(chǎn)線；良品分析的作用：學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)的捷徑；破壞性物理分析（DPA）：失效前的物理分析7失效分析的一般程序：收集失效現(xiàn)場證據(jù)；電測并確定實(shí)現(xiàn)模式；非破壞檢查；打開封裝；鏡檢；通電并進(jìn)行失效定位；對失效部位進(jìn)行物理化學(xué)分析，確定失效機(jī)理；綜合分析，確定失效原因，提出糾正措施。8收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù) 作用：根據(jù)失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)估計失效原因和失效責(zé)任方，根據(jù)失效環(huán)境：潮濕、輻射，根據(jù)失效應(yīng)力：過電、靜電、高溫、低溫、高低溫，根據(jù)失效發(fā)生期：早期、隨機(jī)、磨損；失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)的內(nèi)容。9水汽對電子元器件的影響：電參數(shù)漂移、外引線的腐蝕、金屬化腐蝕、金屬半導(dǎo)體接觸退化10失效應(yīng)力與失效模式的相關(guān)性：過電：pn結(jié)燒毀、電源內(nèi)引線燒毀、電源金屬化燒毀，靜電：mos器件氧化層擊穿、輸入保護(hù)電路潛在損傷或燒毀， 熱：鍵合失效、Al-Si互溶、pn結(jié)漏電， 熱電：金屬電遷移、歐姆接觸退化， 高低溫：芯片斷裂、芯片粘結(jié)失效， 低溫：芯片斷裂11失效發(fā)生期與失效機(jī)理的關(guān)系：早期失效：設(shè)計失誤、工藝缺陷、材料缺陷、篩選不充分隨機(jī)失效：靜電損傷、過電損傷，磨損失效：原器件老化；隨機(jī)失效有突發(fā)性和明顯性；早期失效和磨損失效有時間性和隱藏性12以失效分析為目的的電測技術(shù)：電測在失效分析中的作用：重現(xiàn)失效現(xiàn)象，確定失效模式，縮小故障隔離區(qū)，確定失效定位的激勵條件，為進(jìn)行信號尋跡法失效定位創(chuàng)造條件；電測得種類和相關(guān)性：連接性失效、電參數(shù)失效、功能失效13電子元器件失效分析的簡單實(shí)用測試技術(shù)：連接性測試：萬用表測量各管腳對地端/電源端/另一管腳的電阻，可發(fā)現(xiàn)開路、短路和特性退化的管腳。電阻顯著增大或減小說明有金屬化開路或漏電部位。待機(jī)電流測試：所有輸入端接地（或電源），所有輸出端開路，測電源端對地端電流，待機(jī)電流顯著增大說明有漏電失效部位，待機(jī)電流顯著減小說明有開路失效部位。14電子元器件失效分析的簡單實(shí)用測試技術(shù)：各端口對地/電源端的漏電流（或i-v）測試，可確定失效管腳；特性異常與否用好壞特性比較法確定。15由反向I-V特性確定失效機(jī)理：直線為電阻特性，pn結(jié)穿釘，屬嚴(yán)重EOS損傷；反向漏電流隨電壓緩慢增大，pn結(jié)受EOS損傷或ESD損傷；反向擊穿電壓下降，pn結(jié)受EOS損傷或ESD損傷；反向擊穿電壓不穩(wěn)定，芯片斷裂，芯片受潮；高溫儲存試驗可區(qū)分離子沾污和過電應(yīng)力損傷試驗。16無損失效分析技術(shù)：無損分析的重要性（從質(zhì)檢和失效分析兩方面考慮）；X射線透視技術(shù)：用途：觀察芯片和內(nèi)引線的完整性；反射式聲學(xué)掃描顯微技術(shù)：觀察芯片粘結(jié)的完整性，微裂紋，芯片斷裂，界面斷層17模擬失效分析技術(shù)：定義：通過比較模擬試驗引起的失效現(xiàn)象與現(xiàn)場失效現(xiàn)象確定失效原因的技術(shù)；模擬試驗的種類：高溫存儲、潮熱、高低溫循環(huán)、靜電放電、過電試驗、閂鎖試驗等18樣品制備技術(shù)：打開封裝、去鈍化層、去層間介質(zhì)層、拋切面技術(shù)、去金屬化層；增強(qiáng)可視性和可測試性；風(fēng)險及防范：監(jiān)控19去層間介質(zhì)：作用 多層結(jié)構(gòu)芯片失效分析；方法：反應(yīng)離子腐蝕；特點(diǎn)：材料選擇性和方向性；結(jié)果20以測量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù)：紅外熱像技術(shù) 用途：熱分布圖、定熱點(diǎn)；光發(fā)射顯微鏡 用途：微漏電點(diǎn)失效定位，柵氧化層缺陷，pn結(jié)缺陷，閂鎖效應(yīng)；電子束感生電流像 用途：pn結(jié)缺陷21聚焦離子束技術(shù) 用途：制備探測通孔，實(shí)現(xiàn)多層布線VLSI的下層金屬節(jié)點(diǎn)的電壓和波形測試；為對準(zhǔn)下層金屬制備通孔，可同時顯示CAD設(shè)計版圖和芯片實(shí)時圖像，可根據(jù)版圖確定鉆孔部位；在VLSI芯片上進(jìn)行線路修改，省去重新制版和流片的手續(xù)，加快產(chǎn)品研制；為觀察內(nèi)部缺陷，對樣品進(jìn)行局部拋切面；掃描離子顯微鏡可用于形貌觀察22塑料封裝失效機(jī)理：封裝分層并長期暴露于潮濕環(huán)境；器件受熱，封裝內(nèi)水汽膨脹；機(jī)械應(yīng)力引起芯片形變和壓焊點(diǎn)脫落；漏電流變化或開路。糾正措施：裝配前塑封器件不能長時暴露于潮濕空氣；塑封器件長時暴露于潮濕空氣，裝配前要烘干；控制封裝工藝，避免塑封器件分層；控制電路板焊接工藝，防止塑封器件長時間過熱。23引起鍵合失效的機(jī)理：半導(dǎo)體器件的鋁電極與管腳用內(nèi)引線連接，內(nèi)引線可分為金線和鋁線兩種。金-鋁鍵合失效主要表現(xiàn)是：金內(nèi)引線與芯片上的鋁層壓焊點(diǎn)發(fā)生固相反應(yīng)，形成稱為紫斑的AuAl2化合物，導(dǎo)致接觸不良或引線脫落；由于金-鋁原子互擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)不同，在金-鋁界面還會形成科肯德爾空洞，會引起壓焊點(diǎn)開路；引線鍵合失效的其它原因是鍵合工藝不良。24引線鍵合失效的外部原因和分析方法：失效原因：高溫試驗、振動試驗、過電應(yīng)力、受潮、工藝不良。失效內(nèi)因：壓焊點(diǎn)金-鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散。失效分析方法:X射線透視、掃描聲學(xué)顯微鏡、打開封裝、顯微觀察、X射線能譜分析。質(zhì)檢方法：引線拉力測試。糾正措施：金-鋁鍵合器件應(yīng)避免在高溫度下使用和試驗。為避免金-鋁鍵合失效，可改用鋁硅-鋁和無線鍵合。25水汽和離子沾污的失效分析方法：芯片表面水汽和離子沾污；介質(zhì)層內(nèi)部離子沾污。26芯片表面水汽和離子沾污：失效分析方法：烘烤或開封清洗；試驗結(jié)果分析：反向特性可完全恢復(fù)為離子沾污和受潮，方向特性不可完全恢復(fù)為過電或靜電。27介質(zhì)層內(nèi)部離子沾污：高溫儲存；高溫反偏28EOS損傷的種類和機(jī)理：過流（引起過熱）：內(nèi)引線熔斷；金屬化互連線熔斷；pn結(jié)漏電；pn結(jié)穿釘；金屬熱電遷移。過壓：氧化層針孔；熱電子注入29CMOS電路的閂鎖效應(yīng)：定義：觸發(fā)信號進(jìn)入I/O端或電源端，電源電流劇增?？煽毓杼攸c(diǎn)：觸發(fā)控制極，陽極-陰極導(dǎo)通。觸發(fā)停止后，陽極-陰極繼續(xù)導(dǎo)通。電源電壓關(guān)斷，不再導(dǎo)通。CMOS電路的閂鎖效應(yīng)（大電源電流）的成因：可控硅效應(yīng)。發(fā)生閂鎖效應(yīng)的條件：輸入電流大于觸發(fā)電流。30過電EOS與靜電ESD的區(qū)別：電源和地?zé)龤Ф酁镋OS；輸入端燒毀難區(qū)分，有可能是ESD；電路板上燒毀為EOS，未使用失效多為ESD；EOS直觀性強(qiáng)，ESD較隱蔽；EOS有明顯的熱效應(yīng)，ESD無。EOS和ESD的失效分析方法：端口電流明顯增大或減小是失效信號；顏色變化是EOS的信號；模擬試驗重現(xiàn)失效是重要方法。31靜電防護(hù)：靜電源的剩余電荷=產(chǎn)生電荷-泄露電荷；最小化靜電源的產(chǎn)生電荷：減小摩擦起電：增加空氣濕度，用防護(hù)靜電地板，防靜電包裝器件。減小感應(yīng)起電：器件靜電屏蔽，絕緣導(dǎo)體接地（儀器接地、電烙鐵接地）；最大化靜電源的放電：防靜電手鐲，儀器烙鐵接地；最小化器件對地放電：防靜電桌經(jīng)大電阻接地（為什么不用金屬桌）32金屬電遷移原理和預(yù)防：原理：金屬原子沿電子流方向移動，發(fā)生條件：電流密度J10E5A/cm2，高溫。預(yù)防措施：平面化工藝，降溫，摻銅名 詞 解 釋 1. 中位壽命： 滿足 的t0.5稱為中位壽命，即壽命比它長和比它短的產(chǎn)品各占一半時的時刻。2. 可靠性定義： 可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定的功能的能力。3. 襯底熱電子(SHE)效應(yīng)： 熱電子來源于襯底電流，在勢壘區(qū)電場的加速下運(yùn)動到Si-SiO2界面，其中部分電子的能量可以達(dá)到或超過Si-SiO2勢壘高度，便注入到柵氧化層中去，被電子陷阱所俘獲，相應(yīng)的調(diào)制了硅表面勢，引起MOS器件跨導(dǎo)的下降及閾值電壓的漂移，這就是熱電子損傷。4. 溝道熱電子 (CHE)效應(yīng)： 熱電子來源于表面溝道電流，是從源區(qū)向漏區(qū)運(yùn)動的電子，在漏結(jié)附近受到勢壘區(qū)電場加速，電子獲得了能量而被加速，成為熱電子。這些熱電子中能量較高的，可以越過Si-SiO2勢壘，注入到SiO2中去，同襯底熱電子一樣，被陷阱中心所俘獲，產(chǎn)生熱電子損傷。 溝道熱電子效應(yīng)與襯底熱電子效應(yīng)不同，它僅改變了漏結(jié)附近SiO2中的電荷分布。5. 浪涌的定義及其數(shù)學(xué)模型公式： 超出正常工作電壓的瞬間過電壓，本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬分之一秒時間內(nèi)的一種劇烈脈沖。6. 應(yīng)力的定義： 指的是在某一瞬間，外界對器件施加的部分或全部影響。例如：溫度、濕度、機(jī)械力、電流、電壓、頻率射線強(qiáng)度等，都是應(yīng)力。 從廣義上講，時間也是一種應(yīng)力。7. 特征壽命： 滿足 的 稱為特征壽命。8. 集成電路失效分析的基本原則： 先調(diào)查、了解與失效有關(guān)的情況(器件類型、實(shí)效現(xiàn)象、應(yīng)力條件等) ，后分析失效器件。 先做外部分析，后做內(nèi)部(解剖)分析。 先做非破壞分析，后做破壞分析。9畫出浴盆曲線，解釋其每一段的含義(也可舉例說明) ，并描述偶然失效期的數(shù)學(xué)模型： 偶然失效期的數(shù)學(xué)模型： 是指數(shù)函數(shù)，其失效概率密度為： 可靠度為： 失效率為：10. 閂鎖效應(yīng)： 是指在芯片的電源和地之間存在一個低阻抗寄生的BJT管通路，由于存在正反饋，所以產(chǎn)生很大的電流，導(dǎo)致電路無法正常工作，甚至燒毀電路的現(xiàn)象。11. 二次擊穿： 當(dāng)器件被偏置在某一特殊工作點(diǎn)時，電壓突然降落，電流突然上升，出現(xiàn)負(fù)阻的物理現(xiàn)象叫二次擊穿。(不是第二次擊穿) 二次擊穿是破壞性的熱擊穿，為不可逆過程，有過量電流流過PN結(jié)，溫度很高，使PN結(jié)燒毀。(雪崩擊穿是一次擊穿 )2.簡 答 題 1. 軟誤差的改進(jìn)措施? 提高封裝材料的純度，減少粒子來源。 在芯片表面涂阻擋層，如用聚酸亞胺樹脂涂敷芯片，形成對粒子的屏蔽層。 在器件設(shè)計方面應(yīng)考慮防止電子空穴對在有源區(qū)聚集。 在電路和系統(tǒng)方面設(shè)法采用糾錯電路。3. 說明在氧化層中有那四種電荷?1. 固定氧化層電荷、可動離子電荷、界面陷阱電荷、氧化層陷阱電荷。4. Na+對器件電性能及可靠性的影響? 降低了pn 結(jié)擊穿電壓，增加了反向漏電流； 引起晶體管電流增益hFE的漂移