集成電路制造工藝

--集成電路測試單位：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院微電子教研室集成電路測試集成電路可靠性分析本章要點(diǎn)第十一章集成電路測試與可靠性分析集成電路測試集成電路可靠性分析本章要點(diǎn)第十一章集成電路測試與可靠性分析§11.2集成電路可靠性分析1.可靠性：

是指在一定時(shí)間內(nèi)，該電路在規(guī)定條件下，完成規(guī)定功能的能力，即集成電路能正常使用多長時(shí)間。2.可靠度：是指器件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。R（t）=n（t）／Nn（t）——在t時(shí)刻仍未失效的器件；N——參與試驗(yàn)的總器件數(shù)。一.可靠性的基本概念3.失效率(1)器件失去規(guī)定功能即為失效(2)失效率

例如：取100塊mos器件進(jìn)行5000h壽命試驗(yàn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)200h后，有一塊失效，400h后失效2塊，1500h失效5塊，此后再無失效，求這批電路的失效率?4.浴盆曲線如果取產(chǎn)品的失效率作為產(chǎn)品的可靠性特征值，它是以使用時(shí)間為橫坐標(biāo)，以失效率為縱坐標(biāo)的一條曲線。因該曲線兩頭高，中間低，有些像浴盆，所以稱為“浴盆曲線”。失效率隨使用時(shí)間變化分為三個(gè)階段：早期失效期、偶然失效期和耗損失效期。4.浴盆曲線實(shí)踐證明大多數(shù)設(shè)備的故障率是時(shí)間的函數(shù)，典型故障曲線稱之為浴盆曲線(Bathtubcurve,失效率曲線)，曲線的形狀呈兩頭高，中間低，具有明顯的階段性，可劃分為三個(gè)階段：早期故障期，偶然故障期，嚴(yán)重故障期。浴盆曲線是指產(chǎn)品從投入到報(bào)廢為止的整個(gè)壽命周期內(nèi)，其可靠性的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律。為評價(jià)分析產(chǎn)品的可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)稱為可靠性試驗(yàn)。它就是對受試驗(yàn)樣品施加一定的應(yīng)力，(電氣應(yīng)力、氣候應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力或其綜合)，在這些應(yīng)力的作用下，受試樣品反應(yīng)出其性能是否穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否完整或是否有所變形，從而判別其產(chǎn)品是否失效:環(huán)境試驗(yàn)：振動(dòng)、沖擊、離心、溫度、熱沖擊、潮熱、鹽霧、低氣壓等壽命試驗(yàn)：存貯壽命，工作壽命（連續(xù)、高溫、間斷）篩選試驗(yàn)：一種對產(chǎn)品進(jìn)行全數(shù)檢驗(yàn)的非破壞性試驗(yàn)二.可靠性試驗(yàn)新電路可靠性試驗(yàn)失效失效分析原因查找設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)目的：促使集成電路可靠性的不斷提高三.集成電路的失效分析1.失效分析方法顯微鏡（光學(xué)顯微技術(shù)、紅外顯微技術(shù)、聲學(xué)顯微技術(shù)、光輻射顯微技術(shù)）X射線透射技術(shù)反應(yīng)離子腐蝕技術(shù)電性測量化學(xué)腐蝕離子刻蝕2.失效分析內(nèi)容失效現(xiàn)象的原始記錄失效模式鑒定失效特征描述失效機(jī)理假設(shè)證實(shí)改進(jìn)措施新的失效因子a.根據(jù)失效持續(xù)時(shí)間致命性失效、間歇失效、緩慢退化b.根據(jù)失效發(fā)生時(shí)間早期失效、隨機(jī)失效、磨損失效c.根據(jù)發(fā)生的起因階段制造（工藝）失效、設(shè)計(jì)上失效、誤用失效、系統(tǒng)性失效3.常見失效模式d.根據(jù)電測結(jié)果開路、短路或漏電、參數(shù)漂移、功能失效。應(yīng)力類型與器件失效模式的關(guān)系應(yīng)力類型試驗(yàn)方法可能出現(xiàn)的主要失效模式電應(yīng)力靜電，過電，噪聲MOS器件的柵擊穿，雙極型器件的PN結(jié)擊穿，功率晶體管的二次擊穿熱應(yīng)力高溫儲(chǔ)存金屬-半導(dǎo)體接觸的Ai-Si互溶，歐姆接觸退化，PN結(jié)漏電低溫應(yīng)力低溫儲(chǔ)存芯片斷裂低溫電應(yīng)力低溫工作熱載流子注入高低溫應(yīng)力高低溫循環(huán)芯片斷裂，芯片粘接失效熱電應(yīng)力高溫工作金屬電遷移，歐姆接觸退化機(jī)械應(yīng)力振動(dòng)，沖擊，加速度芯片斷裂，引線斷裂輻射應(yīng)力X射線輻射電參數(shù)變化，軟錯(cuò)誤氣候應(yīng)力高溫，鹽霧外引線腐蝕，金屬化腐蝕，電參數(shù)漂移4.常見失效原因封裝：開封前：管腳有損傷缺失，管殼變形和有裂紋開封后：鍵合引線斷裂、虛焊，芯片粘貼不牢固金屬化電遷移，鋁尖刺表面退化氧化層缺陷和可動(dòng)離子沾污內(nèi)部退化設(shè)計(jì)缺陷應(yīng)用失效集成電路失效因素、失效模式和失效機(jī)理的關(guān)系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、過壓、浪涌電壓短路，開路，熔斷，燒毀電擊穿，燒毀，柵穿，柵損壞5.失效分析過程1.編號(hào)2.確認(rèn)失效歷史3.外觀檢查4.ATE測試5.確定分析方案6.X-RAY掃描7.電性測試8.驗(yàn)證失效9.開蓋10.內(nèi)部觀察11.熱點(diǎn)捕捉12.去鈍化層13.微探針分析14.剝層分析15.總結(jié)寫失效分析報(bào)告6.失效分析注意事項(xiàng)為了完成任務(wù)而急于進(jìn)行破壞性分析可能失去找到關(guān)鍵因素的機(jī)會(huì)也可能得到錯(cuò)誤結(jié)論。仔細(xì)觀察，對每一步驟樣品必須做全面的觀察并對任何