集成电路制造工艺 课件 11.2 集成电路可靠性分析

集成电路制造工艺

--集成电路测试单位：江苏信息职业技术学院微电子教研室集成电路测试集成电路可靠性分析本章要点第十一章集成电路测试与可靠性分析集成电路测试集成电路可靠性分析本章要点第十一章集成电路测试与可靠性分析§11.2集成电路可靠性分析1.可靠性：

是指在一定时间内，该电路在规定条件下，完成规定功能的能力，即集成电路能正常使用多长时间。2.可靠度：是指器件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。R（t）=n（t）／Nn（t）——在t时刻仍未失效的器件；N——参与试验的总器件数。一.可靠性的基本概念3.失效率(1)器件失去规定功能即为失效(2)失效率

例如：取100块mos器件进行5000h寿命试验，当实验200h后，有一块失效，400h后失效2块，1500h失效5块，此后再无失效，求这批电路的失效率?4.浴盆曲线如果取产品的失效率作为产品的可靠性特征值，它是以使用时间为横坐标，以失效率为纵坐标的一条曲线。因该曲线两头高，中间低，有些像浴盆，所以称为“浴盆曲线”。失效率随使用时间变化分为三个阶段：早期失效期、偶然失效期和耗损失效期。4.浴盆曲线实践证明大多数设备的故障率是时间的函数，典型故障曲线称之为浴盆曲线(Bathtubcurve,失效率曲线)，曲线的形状呈两头高，中间低，具有明显的阶段性，可划分为三个阶段：早期故障期，偶然故障期，严重故障期。浴盆曲线是指产品从投入到报废为止的整个寿命周期内，其可靠性的变化呈现一定的规律。为评价分析产品的可靠性而进行的试验称为可靠性试验。它就是对受试验样品施加一定的应力，(电气应力、气候应力、机械应力或其综合)，在这些应力的作用下，受试样品反应出其性能是否稳定，其结构状态是否完整或是否有所变形，从而判别其产品是否失效:环境试验：振动、冲击、离心、温度、热冲击、潮热、盐雾、低气压等寿命试验：存贮寿命，工作寿命（连续、高温、间断）筛选试验：一种对产品进行全数检验的非破坏性试验二.可靠性试验新电路可靠性试验失效失效分析原因查找设计和工艺改进目的：促使集成电路可靠性的不断提高三.集成电路的失效分析1.失效分析方法显微镜（光学显微技术、红外显微技术、声学显微技术、光辐射显微技术）X射线透射技术反应离子腐蚀技术电性测量化学腐蚀离子刻蚀2.失效分析内容失效现象的原始记录失效模式鉴定失效特征描述失效机理假设证实改进措施新的失效因子a.根据失效持续时间致命性失效、间歇失效、缓慢退化b.根据失效发生时间早期失效、随机失效、磨损失效c.根据发生的起因阶段制造（工艺）失效、设计上失效、误用失效、系统性失效3.常见失效模式d.根据电测结果开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效。应力类型与器件失效模式的关系应力类型试验方法可能出现的主要失效模式电应力静电，过电，噪声MOS器件的栅击穿，双极型器件的PN结击穿，功率晶体管的二次击穿热应力高温储存金属-半导体接触的Ai-Si互溶，欧姆接触退化，PN结漏电低温应力低温储存芯片断裂低温电应力低温工作热载流子注入高低温应力高低温循环芯片断裂，芯片粘接失效热电应力高温工作金属电迁移，欧姆接触退化机械应力振动，冲击，加速度芯片断裂，引线断裂辐射应力X射线辐射电参数变化，软错误气候应力高温，盐雾外引线腐蚀，金属化腐蚀，电参数漂移4.常见失效原因封装：开封前：管脚有损伤缺失，管壳变形和有裂纹开封后：键合引线断裂、虚焊，芯片粘贴不牢固金属化电迁移，铝尖刺表面退化氧化层缺陷和可动离子沾污内部退化设计缺陷应用失效集成电路失效因素、失效模式和失效机理的关系失效部位失效因素失效模式失效机理芯片体内表面钝化层晶体缺陷、表面氧化膜布线间绝缘层耐压退化，偶电流增大，短路，电流增益退化，噪声退化，阈值电压变化二次击穿，可控硅效应，辐射损伤，瞬间功率过载，介质击穿，表面反型，钩到漏电，沾污物，针孔，裂纹，开裂，厚度不均金属化系统芯片布线接点、针孔开路，短路，电阻增大，漏电断路金铝合金，铝电迁移，铝再结构，电过应力，铝腐蚀，沾污，铝划伤，空隙，缺损，台阶断铝，非欧姆接触，接触不良，厚度不均电连接部分引线焊接开路，短路，电阻增大焊点脱落，金属间化合物，焊点移位，焊接损伤引线内引线开路，短路断线，引线松弛，引线碰接键合系统芯片键合，管壳键合断开，短路，工作点不稳定，退化，热阻增大沾污，金属间化合物，键合不良，接触面积不够，脱键，裂纹，破裂封装系统封装、密封、引线镀层、封入气体、混入多余物（有机物、无机物、金属）短路，漏电流增大，断裂，腐蚀断线，焊接性差，瞬时工作不良，绝缘电阻下降密封不良，受潮，沾污，引线生锈，腐蚀，断裂，多余物，表面退化，封入气体不纯输入/输出端静电、过压、浪涌电压短路，开路，熔断，烧毁电击穿，烧毁，栅穿，栅损坏5.失效分析过程1.编号2.确认失效历史3.外观检查4.ATE测试5.确定分析方案6.X-RAY扫描7.电性测试8.验证失效9.开盖10.内部观察11.热点捕捉12.去钝化层13.微探针分析14.剥层分析15.总结写失效分析报告6.失效分析注意事项为了完成任务而急于进行破坏性分析可能失去找到关键因素的机会也可能得到错误结论。仔细观察，对每一步骤样品必须做全面的观察并对任何