微電子器件可靠性習(xí)題

1、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-R 2。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

2、)=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)。29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；R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 3R 2-2R 3。10 100 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。（給出分數(shù)形式即可） 。（

3、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?？捎妹啃r或每千小時的百分數(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

4、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 。15一臺電視機有1000 個焊點， 工作 1000 小時后檢查100 臺電視機，發(fā)現(xiàn)有兩點脫焊，則焊點的失效率（ t=0 ）為 (0)=2/1000* （ 105-0） =2*10-8/ 小時 =20

5、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(t)f (t )。（ 10 分）1F (t)專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。答題要點：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：f(

6、t )F(t)F(tt) - F(t)tn(tt) - ( n(t) )NtNnNt(tn(tt) - n(t)(N - n(t)tn( N - n(t) t于是n(tt) - ( n(t) )f(t)NNtnnN - n(t)N t(N - n(t)t N(t)R(t)即方法二：在 t 時刻完f(t)f(t)(t)1- F(t)R(t)好的產(chǎn)品，在 t,t+t 時間內(nèi)失效的概率為：P ttt |t在單位時間內(nèi)失效的概率為：(t ,P ttt |t)t顯然事件 t包含事件 ttt ，即若事件 ttt 發(fā)生，則必導(dǎo)致事件發(fā)生。 t所以有 (ttt )(ttt ) (t)根絕概率的乘法公式P（ A

7、B ）=P(A)P(B|A)得：專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。Pttt |tP( ttt (t)P tttPtPt于是：(t ,P tttF (tt )F (t)t)t PttPtlim(t , t)limF (tt )F (t)1f (t)f (t )0tPtR(t )R(t)1F (t)t 0t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：1)設(shè)兩個單元的壽命分別為1 , 2 ，系統(tǒng)的壽命為S 。則串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為RS (t)PstP mint1inPP1t, 2t1t P2tR

8、1R2由于 R1=R 2=R所以 RS=R2設(shè)并聯(lián)系統(tǒng)的失效分布函數(shù)為FS（ t）FS (t) PstPmaxt1inP1t, 2tP1t P2t(1R 1)(1R2 )1 2R R 2于是，并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為RS（t）=1-F(t)=R 2-2R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。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。3目前公認的在 Si-SiO 2 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

9、、 界面陷阱電荷和 氧化層陷阱電荷。4 在外界熱、電、機械應(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-SiO 2 界面的 Na+對反偏 BC 結(jié)漏電流的影響； （10 分）2） 右圖是 Si-SiO 2 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：1) 如下圖所示， 當(dāng)氧化層中的 Na+ 全部遷移到 Si-SiO 2 界面時， 可以

10、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，

11、直到 A 點電壓降為零，因為對溝道電流有用的溝道為BA 段。A 點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。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。如果 Si-SiO 2 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)也很難擴展到貴表面，不容易

12、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)” (V GS0,V DS 0) 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：1） 能量比費米能級大幾個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)其能量達到或超過Si-SiO 2 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

13、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-SiO 2 的界面勢壘，進入氧化層。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：1）

14、 能量比費米能級大幾個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)其能量達到或超過Si-SiO 2 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-SiO 2 的界面勢壘，進入氧化層。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）C

15、MOS 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)專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。答題要點：1） a 兩個發(fā)射節(jié)正偏bnpnpnp1c 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

16、注入， 從而有效地減小 ；npn(6)PMOS 管盡可能離 P 阱遠些減小 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？（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：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，機械強度低，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

17、運輸，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，但是是隨機的，當(dāng)有外力作用時會產(chǎn)生定向運動。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；（ 7 分）2）以鋁為例，說明什么是電遷移現(xiàn)象？（3 分）3）簡述點遷移的產(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：1） 優(yōu)點： a 導(dǎo)電率高； b 可以硅材料形成低阻值的歐姆接觸；c

18、 與 SiO 2 等介質(zhì)具有良好的粘附性； d 便于加工。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。缺點： a 性軟，機械強度低，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，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，但是隨機的，當(dāng)存在外力時會發(fā)生定向運動。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

19、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單元的影響機理； （6 分）5） 如何減小或避免軟誤差的影響？（3 分）答題要點：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

20、，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， 具有較強的穿透能力，可以進入硅中，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?0”，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） 簡述柵氧擊穿的機理。(4 分專業(yè)

21、文檔供參考，如有幫助請下載。答題要點：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，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

22、電應(yīng)力作用下， 氧化層內(nèi)部及 Si-SiO 2 界面處發(fā)生缺陷 （陷阱、電荷）的積累，使局部電場增強第二階段為快速逸潰階段：當(dāng)?shù)谝浑A段的缺陷積累達到某一程度，使局部電場達到某一臨界值，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

23、件。是產(chǎn)品退化的誘因。一失效機理概念及定義：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。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。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。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。氧化層電荷 IC 中存在與氧化層有關(guān)的

24、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 。熱載流子 (HC) 指其能量比費米能級大幾個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)。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。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

25、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。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，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。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。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

26、。鋁條愈細， 應(yīng)力遷移失效愈嚴重。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散并形成化合物，在鍵合點四周出現(xiàn)環(huán)形空洞，使鋁膜部分或全部脫離，形成高阻或開路。PN 結(jié)穿釘 是指在長期電應(yīng)力或突發(fā)的強電流的作用下，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。腐蝕失效 許多 IC 是用樹脂包封的，然而水汽可以

27、穿過樹脂體和引腳-樹脂界面到達鋁互連處， 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:一種是電場力，使金屬離子由正極向負極移動；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，金屬離子由負極向正極移動，這種作用力俗稱“電子風(fēng) ”。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，而在負極端產(chǎn)生空洞，使金屬條斷開。金屬的腐蝕解釋當(dāng)金屬與周圍介質(zhì)接觸時，由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

28、或電化學(xué)作用而引起金屬的破壞叫做金屬的腐蝕。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)定的最大額定值機械應(yīng)力 -振動、沖擊、離心力超過規(guī)定的最大額定值專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。CMOS 電路閂鎖失效閂鎖（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。MOS 集成電路使用的主要失效機理條件 -在使

29、用上VDD(VI;VO) VSS；或電源端到地發(fā)生二次擊穿。危害 -一旦導(dǎo)通電源端產(chǎn)生很大電流，破壞性和非破壞性失效特點 -電現(xiàn)象內(nèi)部失效判別。ESD 失效機理解釋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。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。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)嚴重漂移。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

30、一步退化，使用壽命將明顯縮短。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；過電流熱致失效多發(fā)生于雙極器件，包括輸入用pn 結(jié)二極管保護的MOS 電路、肖特基二極管以及含有雙極器件的混合電路。實際發(fā)生哪種失效，取決于靜電放電回路的絕緣程度。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)生強電流脈沖導(dǎo)致高溫損傷，這屬于過電流損傷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

31、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。在鍵合點處生成了 Au Al 間 IMC 之后，鍵合強度降低、變脆開裂、接觸電阻

32、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 ）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），金向鋁中迅速擴散，金的擴散速度大于鋁擴散速度，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，這稱專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。為柯肯德爾效應(yīng)。當(dāng)柯氏效應(yīng)空洞增大到一定程度后， 將使鍵合界面強度急劇下降， 接觸電阻增大，最終導(dǎo)致開路。金屬半導(dǎo)體接觸失效解釋歐姆接觸，肖特基接觸鋁硅接觸尖峰或溶坑? 在高溫加電時擴散和遷移同時存在? 鋁在硅中擴散 , 形成尖峰，發(fā)射極 PN

33、結(jié)短路? 硅在鋁中擴散，接觸面空洞 開路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失效分析的目的找出失效原因追溯產(chǎn)品的設(shè)計（含選型）制造使用、管理存在的不良因素提出糾正措施，預(yù)防失效的再發(fā)生，改進管理提高產(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

34、果屬于漏電流大或不穩(wěn)定、增益低的情況，為了證實芯片表面是否被污染， 一般將元器件進行高溫烘烤， 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電流。 好壞電路的待機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

35、鏡檢進行分析。端口測試由于 ESD 保護電路廣泛用于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。 也專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載?？蓪脡碾娐犯鞫丝趯Φ囟嘶螂娫炊俗髡聪虻碾娮铚y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)（

36、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，就需對芯片進行電激勵，根據(jù)芯片表面節(jié)點的電壓、波形或發(fā)光異常點進行失效定位。掃描顯微鏡的電壓襯度像芯片內(nèi)部節(jié)點的波形測量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)、9 IC 失效原因 過電應(yīng)力 (EOS

37、) / 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？四、（滿分 14 分）2) 什么是元件靈敏度 S，給出其數(shù)學(xué)表達式？ (3 分 )3) 什么是相對靈敏度 SN，給出其數(shù)學(xué)表達式？ (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。答題要點：a) 元件靈敏度 S 是指電路特性參數(shù)T 對R1 3元器件值 X 絕對變化的靈敏度，即為ui =1VT 對 X 的變化率。

38、(8 分 )R1uo1S(T .X )TXb) 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。XS(T, X )SN (T .X )100c)uoui R21S(uo , R1 )( R1R2 )216R1uoui R13S(uo , R2 )( R1R2 )216R2S(uo , R1 ) R1ui R1R23SN (uo , R1 )專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。100100(R1R2 ) 21600S(uo , R2 ) R2ui R1 R23SN (uo , R2 )100100( R1R2 )216001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

39、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

40、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。實際工序能力指數(shù)Cpk 值實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。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

41、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

42、、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。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。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

43、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。19 6 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)準要求。20提高工序能力指數(shù)和實現(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

44、的起伏變化完全是由隨機原因引起的，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)品施加特定的強應(yīng)力， 使其失效，依據(jù)失效機

45、理確定產(chǎn)品的可靠性薄弱環(huán)節(jié)， 實施改進措施，然后對該機后的產(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