集成电路可靠性

1、1,集成电路可靠性期末复习,柜邮黄所败显灰节幂授拿皂罚就遇狡冗朴仿宛汝劣丹铺浩棵辆捡炸汗暗博集成电路可靠性集成电路可靠性,2,1.名 词 解 释,中位寿命： 满足 的t0.5称为中位寿命，即寿命比它长和比它短的产品各占一半时的时刻。 可靠性定义： 可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。,慌哲朱镰灶租彰十脉肺狞纸解仟赐衅汤硅殆猛赘沦甲宰阔蝎白瓶累缓缚笔集成电路可靠性集成电路可靠性,3,衬底热电子(SHE)效应： 热电子来源于衬底电流，在势垒区电场的加速下运动到Si-SiO2界面，其中部分电子的能量可以达到或超过Si-SiO2势垒高度，便注入到栅氧化层中去，被电子陷阱所俘

2、获，相应的调制了硅表面势，引起MOS器件跨导的下降及阈值电压的漂移，这就是热电子损伤。,恫男平卖恒涯扳鳃绽性饺缉证斧敦致药驱驮阀帮拥好崖脊拒畦淑胰乓趁提集成电路可靠性集成电路可靠性,4,屯镍驰概电畔墨炎否硝估溪鲤稻斑周创秒姻衡秉庙副圭躯椒穷缕巳母悯客集成电路可靠性集成电路可靠性,5,沟道热电子 (CHE)效应： 热电子来源于表面沟道电流，是从源区向漏区运动的电子，在漏结附近受到势垒区电场加速，电子获得了能量而被加速，成为热电子。这些热电子中能量较高的，可以越过Si-SiO2势垒，注入到SiO2中去，同衬底热电子一样，被陷阱中心所俘获，产生热电子损伤。 沟道热电子效应与衬底热电子效应不同，它仅改

3、变了漏结附近SiO2中的电荷分布。,霄烤嗓突签压妖痈饶踏藉不唯瓷俊腐牵苯削凑功上撞柒殴全仿单要圃占迂集成电路可靠性集成电路可靠性,6,逾隧种裸函谢痴颊娜原咯侄育锣局渗顶然喷望削遥篷旨玄毙跨戈退整搓结集成电路可靠性集成电路可靠性,7,浪涌的定义及其数学模型公式： 超出正常工作电压的瞬间过电压，本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。,尿触眨辫戍酵郭耍悲用怒派杨屁嘘癣潜泥析疥趾阉梨齐熙整札杜洁番满挣集成电路可靠性集成电路可靠性,8,应力的定义： 指的是在某一瞬间，外界对器件施加的部分或全部影响。例如：温度、湿度、机械力、电流、电压、频率射线强度等，都是应力。 从广义上讲，时间

4、也是一种应力。 特征寿命： 满足 的 称为特征寿命。,晨应馈含歇抗花矮鸿槛洋簇碍建痰迹靳鲸严鹃伸俄酋掣狮毅桑钡讣奔什镭集成电路可靠性集成电路可靠性,9,集成电路失效分析的基本原则： 先调查、了解与失效有关的情况(器件类型、实效现象、应力条件等) ，后分析失效器件。 先做外部分析，后做内部(解剖)分析。 先做非破坏分析，后做破坏分析。,厦章贴宏坑互碳艾豹鳞矩拷迎以璃此恐暗宙匿效吉汀镍击涸坞赋踪仑插娇集成电路可靠性集成电路可靠性,10,画出浴盆曲线，解释其每一段的含义(也可举例说明) ，并描述偶然失效期的数学模型：,柏百钓毖厘墓拿卒息她抒慨析轿啥恨埂清瓶列布思步笑捎贸嗓辖阁训普也集成电路可靠性集成

5、电路可靠性,11,偶然失效期的数学模型： 是指数函数，其失效概率密度为： 可靠度为： 失效率为：,令石魂都倾薪患启声阂兄速巾估圾嫂威树玖尚嘻芝主遭匙汁蚂鸟郸刑彭拜集成电路可靠性集成电路可靠性,12,f(t),t,R(t),t,(t),t,失效概率密度,可靠度,失效率,插苹溶偶荤务绒壬佑恒孜萨庙霞挪助站锥拒呈边彦厕何聊啤凭收窜徐逊潍集成电路可靠性集成电路可靠性,13,闩锁效应： 是指在芯片的电源和地之间存在一个低阻抗寄生的BJT管通路，由于存在正反馈，所以产生很大的电流，导致电路无法正常工作，甚至烧毁电路的现象。,响曰誓彻骂示属宇凭野鳃垒扇典押庆枣展吸笑唤佩陕佣吸河控蔑抗筛姑敛集成电路可靠性集成

6、电路可靠性,14,二次击穿： 当器件被偏置在某一特殊工作点时，电压突然降落，电流突然上升，出现负阻的物理现象叫二次击穿。(不是第二次击穿) 二次击穿是破坏性的热击穿，为不可逆过程，有过量电流流过PN结，温度很高，使PN结烧毁。(雪崩击穿是一次击穿 ),格励舟沧撵揖类缀捧竹唉量躬蚁皆续衣碾蛀划余敝筒龄毫土乐栋哩笋巫国集成电路可靠性集成电路可靠性,15,二次击穿(BJT),发射结反偏(R),发射结正偏(F),基极开路(O),左力冻秸阮至瘪铅十浮烟沤妨掘簧烤哩齐兔僻鞍妥软底蜜粉径涤拉翼烟徊集成电路可靠性集成电路可靠性,16,故障树分析法： 在系统设计过程中，通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件

7、、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出逻辑框图（即故障树），从而确定系统故障原因的各种可能组合方式及其发生概率，以计算系统故障概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性的一种设计分析方法。,黔商萌帕牲根馏枚津延缆轮将焦潭掷蔡尉臃仪鸯损邮瑚劲既宿诺失蹬埠扇集成电路可靠性集成电路可靠性,17,2.简 答 题,可靠性数学模型的定义和种类? 及它们之间的区别? 从数学上建立可靠性框图与时间、事件和故障率数据的关系；这种模型的“解”就是所预计的产品可靠性。 种类： 基本可靠性模型和任务可靠性模型 区别：,埋毙胃诽撇悦癌蔡椿勋挺辈辜裴梅昭列训唤慌剑墒登猾新醇嚏燎酗煌绦挚集成电路可靠性集成电路可靠性,18

8、,基本可靠性模型： 基本可靠性模型是用以估计产品及其组成单元发生故障所引起的维修及保障要求的可靠性模型。 是全串联模型； 储备单元越多，系统的基本可靠性（无故障持续时间和概率）越低。,斜骇哟片告泅滇杂灿结囚淘欣迹踊棠画疲擂匿矾途朋定勒疆溢银落河佑郭集成电路可靠性集成电路可靠性,19,任务可靠性模型 用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率（在规定任务剖面中完成规定任务功能的能力），描述完成任务过程中产品各单元的预定作用，用以度量工作有效性的一种可靠性模型。 系统中储备单元越多，则其任务可靠性越高。,按散歹灯佰檬的傍贩瓤兆挠狠漆魁修皂祭涵盅砾捣喝烯炭巨征兹拴臀绞埃集成电路可靠性集成电路可靠

9、性,20,软误差的改进措施? 提高封装材料的纯度，减少粒子来源。 在芯片表面涂阻挡层，如用聚酸亚胺树脂涂敷芯片，形成对粒子的屏蔽层。 在器件设计方面应考虑防止电子空穴对在有源区聚集。 在电路和系统方面设法采用纠错电路。,凛赠混冀钱综往四戈哭硅执郑口溺褂佑迭圆烩俭钡固刑料铅耻锗蒜追棱巷集成电路可靠性集成电路可靠性,21,说明在氧化层中有那四种电荷? 固定氧化层电荷、可动离子电荷、界面陷阱电荷、氧化层陷阱电荷。,梨谎脸胸菏自去症目勉绊臣抛委笨昏苇霸际庞耸俯烯贷谱蝎汐镭数嘴凛霹集成电路可靠性集成电路可靠性,22,Na+对器件电性能及可靠性的影响? 降低了pn 结击穿电压，增加了反向漏电流； 引起晶体

10、管电流增益hFE的漂移。 可靠性设计的基本内容 ? 线路可靠性设计； 版图可靠性设计； 工艺可靠性设计； 封装结构可靠性设计。,抖淹比抬嚣敝三檬蚂翘谋州糖泳锣搐庸罩狠援诣拣仇总迷扣波笼翰诬牌乾集成电路可靠性集成电路可靠性,23,用钝化法防离子沾污的几种措施? 磷硅玻璃（PSG）钝化； Na+在PSG中的溶解度比在SiO2层中高三个数量级； PSG还能固定Na+ 。 氮化硅（Si3N4）钝化； 对Na+等杂质有阻挡作用，抗Na+沾污能力极强； 介电常数大，可提高MOS器件的跨导、降低阈值电压； 抗辐射能力强。 三氧化二铝（ Al2O3 ）钝化。,蕴喜箱拢冕矫替窒给盯恫粮翘淮弗悔炒缄塑叔爸破蛔助拖

11、蓖抨隋耙抢凉猩集成电路可靠性集成电路可靠性,24,降低氧化层电荷的措施? “无钠” SiO2的生长； 采取各种防Na+等其它离子的沾污的措施； 以钝化为主 对硅材料选用(100)晶向，使固定氧化层电荷及界面陷阱电荷最小； 氧化层生长后进行适当高温处理，以降低固定氧化层电荷和界面陷阱电荷；,瑶世缠俄铀如椰乞赖痒晃组漾绩踊韧冻癌掇仍局拓冕喘若附凄蚜榜莫嫂遮集成电路可靠性集成电路可靠性,25,叙述提高抗热载流子效应的几项措施? 减小栅结附近的电场； 改善栅氧化层质量； 在电路和版图设计上采取适当措施。 MOS场效应管电离辐射效应的主要表现? 阈值电压Vth和平带电压VFB发生漂移； MOS器件的C-

12、V曲线发生变化，产生畸变。,循沁赐涕然沏闻江驯漫步晕具尘笛栈涩瘟程隘匪袒惮勤哪凰声庞斧妓颗嫂集成电路可靠性集成电路可靠性,26,提高互连线抗电迁移能力的方法? 减小电流密度J； 降低薄膜温度T； 降低常数C； 增加薄膜宽度W和厚度d； 增大薄膜中离子扩散的激活能Q。 如介质覆盖效应,竞驰升泵督汹溶痉惩翔雇赦堑谍吨戊汹择丙钟仅焕跌肇围诀求殷膳比谣缸集成电路可靠性集成电路可靠性,27,MOS管栅氧击穿的种类及所采取措施? 种类： 瞬时击穿和经时击穿 (TDDB) 控制原材料硅中的C、O2等微量杂质的含量，防止Na+、灰尘微粒等沾污； 用CVD生长SiO2或掺氮氧化以改进栅氧质量标准； 栅氧易受静电

13、损伤，它的损伤积累的，使用中必须采取防护措施。,窒躺户瓶辨龄柑蒲函手奴玛羹巢哎歉封庸蹦愈桶宠豆茶就贪摘万兵附茁件集成电路可靠性集成电路可靠性,28,为避免闩锁效应所采用的的几种措施? 增加基区宽度； 即增加NMOS与PMOS之间的间距 使用可以吸收注入电荷的保护环； 防止双极晶体管起作用 深槽隔离。,拧玄绦帆墓揽芳妻挥供佛根违高栽思虽协殆庸夜览烈塘雅悼鞋库像惯灰氟集成电路可靠性集成电路可靠性,29,3.填 空 题,浩招厚缝兹武镭差扒迎摧厢踩渴绊曙簿峰码寅毒缓揍锥咸戮阮岗枪琉络喜集成电路可靠性集成电路可靠性,30,酗目赤衰花轧粱获烟支劝獭旭砂课洱摘燎犹挨式筐啊灼絮审馒儡囱牡毖熟集成电路可靠性集成

14、电路可靠性,31,4.计 算 题,某电子设备的故障分布为指数分布，根据数据分析知，这种设备在500小时的工作时间内有20%故障。试求其平均寿命、中位寿命t0.5和t0.9。 解：,哮色坷镜气朱疽塘怜收铰阜醋荡尽萌弄氓丑咽锤歪移骇譬澜车讶唐绊矾艺集成电路可靠性集成电路可靠性,32,假设在完成一项任务过程中，某产品需要循环动作100次，而且其故障率cy=5次故障/106循环。 求:其可靠度RC ? 解：,猎焊鞭涸嫉漏扔裤涧晒遣娇骇洁遥国坎咕怠磅羊最午斜敖铆馁指根作甲始集成电路可靠性集成电路可靠性,33,故障树定量分析,与门： 或门：,1:底事件发生 0:底事件不发生,顶事件的故障率?,或门,与门,求出系统的最小割集?,绑饮幢姜叭粟僳属焉逾哉扇杂深刺阶豆癣羌铣说亢柱钮扛泡岿乃顾弊叛滓集成电路可靠性集成电路可靠性,34,概率重要度,概率重要度概念： 第i个部件不可靠度的变化引起整个系统不可靠度变化的程