集成電路可靠性

集成電路可靠性1第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.名詞解釋

中位壽命：滿足的t0.5稱為中位壽命，即壽命比它長(zhǎng)和比它短的產(chǎn)品各占一半時(shí)的時(shí)刻?？煽啃远x：可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定的功能的能力。2第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四襯底熱電子(SHE)效應(yīng)：熱電子來(lái)源于襯底電流，在勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的加速下運(yùn)動(dòng)到Si-SiO2界面，其中部分電子的能量可以達(dá)到或超過(guò)Si-SiO2勢(shì)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(shì)，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。3第3頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四溝道熱電子(CHE)效應(yīng)：熱電子來(lái)源于表面溝道電流，是從源區(qū)向漏區(qū)運(yùn)動(dòng)的電子，在漏結(jié)附近受到勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)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(guò)Si-SiO2勢(shì)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第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四浪涌的定義及其數(shù)學(xué)模型公式：超出正常工作電壓的瞬間過(guò)電壓，本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬(wàn)分之一秒時(shí)間內(nèi)的一種劇烈脈沖。7第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四應(yīng)力的定義：指的是在某一瞬間，外界對(duì)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(shí)間也是一種應(yīng)力。特征壽命：滿足的稱為特征壽命。8第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四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第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四畫出浴盆曲線，解釋其每一段的含義(也可舉例說(shuō)明)，并描述偶然失效期的數(shù)學(xué)模型：10第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四偶然失效期的數(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：11第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四f(t)tR(t)tλ(t)t失效概率密度可靠度失效率12第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四閂鎖效應(yīng)：是指在芯片的電源和地之間存在一個(gè)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(wú)法正常工作，甚至燒毀電路的現(xiàn)象。13第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二次擊穿：當(dāng)器件被偏置在某一特殊工作點(diǎn)時(shí)，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(guò)程，有過(guò)量電流流過(guò)PN結(jié)，溫度很高，使PN結(jié)燒毀。(雪崩擊穿是一次擊穿)14第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二次擊穿(BJT)發(fā)射結(jié)反偏(R)發(fā)射結(jié)正偏(F)基極開路(O)15第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四故障樹分析法：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)可能造成系統(tǒng)故障的各種因素（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等）進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖（即故障樹），從而確定系統(tǒng)故障原因的各種可能組合方式及其發(fā)生概率，以計(jì)算系統(tǒng)故障概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。16第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.簡(jiǎn)答題

可靠性數(shù)學(xué)模型的定義和種類?及它們之間的區(qū)別?從數(shù)學(xué)上建立可靠性框圖與時(shí)間、事件和故障率數(shù)據(jù)的關(guān)系；這種模型的“解”就是所預(yù)計(jì)的產(chǎn)品可靠性。種類：基本可靠性模型和任務(wù)可靠性模型區(qū)別：17第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四基本可靠性模型：基本可靠性模型是用以估計(jì)產(chǎn)品及其組成單元發(fā)生故障所引起的維修及保障要求的可靠性模型。是全串聯(lián)模型；儲(chǔ)備單元越多，系統(tǒng)的基本可靠性（無(wú)故障持續(xù)時(shí)間和概率）越低。18第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四任務(wù)可靠性模型用以估計(jì)產(chǎn)品在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中完成規(guī)定功能的概率（在規(guī)定任務(wù)剖面中完成規(guī)定任務(wù)功能的能力），描述完成任務(wù)過(guò)程中產(chǎn)品各單元的預(yù)定作用，用以度量工作有效性的一種可靠性模型。系統(tǒng)中儲(chǔ)備單元越多，則其任務(wù)可靠性越高。19第19頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四軟誤差的改進(jìn)措施?提高封裝材料的純度，減少α粒子來(lái)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(duì)α粒子的屏蔽層。在器件設(shè)計(jì)方面應(yīng)考慮防止電子－空穴對(duì)在有源區(qū)聚集。在電路和系統(tǒng)方面設(shè)法采用糾錯(cuò)電路。20第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四說(shuō)明在氧化層中有那四種電荷?固定氧化層電荷、可動(dòng)離子電荷、界面陷阱電荷、氧化層陷阱電荷。21第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Na+對(duì)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?？煽啃栽O(shè)計(jì)的基本內(nèi)容?線路可靠性設(shè)計(jì)；版圖可靠性設(shè)計(jì)；工藝可靠性設(shè)計(jì)；封裝結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)。22第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四用鈍化法防離子沾污的幾種措施?磷硅玻璃（PSG）鈍化；Na+在PSG中的溶解度比在SiO2層中高三個(gè)數(shù)量級(jí)；PSG還能固定Na+。氮化硅（Si3N4）鈍化；對(duì)Na+等雜質(zhì)有阻擋作用，抗Na+沾污能力極強(qiáng)；介電常數(shù)大，可提高M(jìn)OS器件的跨導(dǎo)、降低閾值電壓；抗輻射能力強(qiáng)。三氧化二鋁（Al2O3）鈍化。23第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四降低氧化層電荷的措施?“無(wú)鈉”

SiO2的生長(zhǎng)；采取各種防Na+等其它離子的沾污的措施；以鈍化為主對(duì)硅材料選用(100)晶向，使固定氧化層電荷及界面陷阱電荷最??；氧化層生長(zhǎng)后進(jìn)行適當(dāng)高溫處理，以降低固定氧化層電荷和界面陷阱電荷；24第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四敘述提高抗熱載流子效應(yīng)的幾項(xiàng)措施?減小柵結(jié)附近的電場(chǎng)；改善柵氧化層質(zhì)量；在電路和版圖設(shè)計(jì)上采取適當(dāng)措施。MOS場(chǎng)效應(yīng)管電離輻射效應(yīng)的主要表現(xiàn)?閾值電壓Vth和平帶電壓VFB發(fā)生漂移；MOS器件的C-V曲線發(fā)生變化，產(chǎn)生畸變。25第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四提高互連線抗電遷移能力的方法?減小電流密度J；降低薄膜溫度T；降低常數(shù)C；增加薄膜寬度W和厚度d；增大薄膜中離子擴(kuò)散的激活能Q。如介質(zhì)覆蓋效應(yīng)26第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四MOS管柵氧擊穿的種類及所采取措施?種類：瞬時(shí)擊穿和經(jīng)時(shí)擊穿

(TDDB)控制原材料硅中的C、O2等微量雜質(zhì)的含量，防止Na+、灰塵微粒等沾污；用CVD生長(zhǎng)SiO2或摻氮氧化以改進(jìn)柵氧質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；柵氧易受靜電損傷，它的損傷積累的，使用中必須采取防護(hù)措施。27第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四為避免閂鎖效應(yīng)所采用的的幾種措施?增加基區(qū)寬度；即增加NMOS與PMOS之間的間距使用可以吸收注入電荷的保護(hù)環(huán)；防止雙極晶體管起作用深槽隔離。28第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.填空題

潛在失效模式潛在失效后果及表現(xiàn)形式嚴(yán)重度S潛在失效起因與機(jī)理頻度O探測(cè)度DRPN建議采取措施措施結(jié)果SODRPN電遷移、靜電損傷、閂鎖效應(yīng)??6?45??53??29第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四失效部位失效因素失效模式失效機(jī)理芯片體內(nèi)表面鈍化層晶體缺陷、表面氧化膜布線間絕緣層耐壓退化，偶電流增大，短路，電流增益退化，噪聲退化，閾值電壓變化二次擊穿，可控硅效應(yīng)，輻射損傷，瞬間功率過(guò)載，介質(zhì)擊穿，表面反型，鉤到漏電，沾污物，針孔，裂紋，開裂，厚度不均金屬化系統(tǒng)芯片布線接點(diǎn)、針孔開路，短路，電阻增大，漏電斷路金鋁合金，鋁電遷移，鋁再結(jié)構(gòu)，電過(guò)應(yīng)力，鋁腐蝕，沾污，鋁劃傷，空隙，缺損，臺(tái)階斷鋁，非歐姆接觸，接觸不良，厚度不均電連接部分引線焊接開路，短路，電阻增大焊點(diǎn)脫落，金屬間化合物，焊點(diǎn)移位，焊接損傷引線內(nèi)引線開路，短路斷線，引線松弛，引線碰接鍵合系統(tǒng)芯片鍵合，管殼鍵合斷開，短路，工作點(diǎn)不穩(wěn)定，退化，熱阻增大沾污，金屬間化合物，鍵合不良，接觸面積不夠，脫鍵，裂紋，破裂封裝系統(tǒng)封裝、密封、引線鍍層、封入氣體、混入多余物（有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、金屬）短路，漏電流增大，斷裂，腐蝕斷線，焊接性差，瞬時(shí)工作不良，絕緣電阻下降密封不良，受潮，沾污，引線生銹，腐蝕，斷裂，多余物，表面退化，封入氣體不純輸入/輸出端靜電、過(guò)壓、浪涌電壓短路，開路，熔斷，燒毀電擊穿，燒毀，柵穿，柵損壞30第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.計(jì)算題

某電子設(shè)備的故障分布為指數(shù)分布，根據(jù)數(shù)據(jù)分析知，這種設(shè)備在500小時(shí)的工作時(shí)間內(nèi)有20%故障。試求其平均壽命θ、中位壽命t0.5和t0.9。解：31第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四假設(shè)在完成一項(xiàng)任務(wù)過(guò)程中，某產(chǎn)品需要循環(huán)動(dòng)作100次，而且其故障率λcy=5次故障/106循環(huán)。求:其可靠度RC＝?

解：32第32頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期四故障樹定量分析與門：或門：1:底事件發(fā)生0:底事件不發(fā)生頂事件的故障率?或門與門求出系統(tǒng)的最小割集?33第33頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月2