集成電路可靠性

1、集成電路可靠性期末復(fù)習(xí)11.名 詞 解 釋 中位壽命：滿足 的t0.5稱為中位壽命，即壽命比它長和比它短的產(chǎn)品各占一半時(shí)的時(shí)刻。可靠性定義：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襯底熱電子(SHE)效應(yīng)：熱電子來源于襯底電流，在勢壘區(qū)電場的加速下運(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Si-SiO2勢壘高度，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，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。34溝道熱電子 (CHE)效應(yīng)：熱電子來源于表面溝道電流，是從源區(qū)向漏區(qū)運(yùn)動(dòng)的電子，在漏結(jié)附近受到勢壘區(qū)電場加速，電子獲得

2、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Si-SiO2勢壘，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。56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電壓，本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬分之一秒時(shí)間內(nèi)的一種劇烈脈沖。7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

3、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畫出浴盆曲線，解釋其每一段的含義(也可舉例說明) ，并描述偶然失效期的數(shù)學(xué)模型：10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：11f(t)tR(t)t(t)t失效概率密度可靠度失效率12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)致電路無法正常工作，甚至燒毀電路的現(xiàn)象。13 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

4、二次擊穿)二次擊穿是破壞性的熱擊穿，為不可逆過程，有過量電流流過PN結(jié)，溫度很高，使PN結(jié)燒毀。(雪崩擊穿是一次擊穿 )14二次擊穿(BJT)發(fā)射結(jié)反偏(R)發(fā)射結(jié)正偏(F)基極開路(O)15故障樹分析法：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過對(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。162.簡 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

5、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（無故障持續(xù)時(shí)間和概率）越低。18任務(wù)可靠性模型用以估計(jì)產(chǎn)品在執(zhí)行任務(wù)過程中完成規(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軟誤差的改進(jìn)措施?提高封裝材料的純度，減少粒子來源。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)粒子的屏蔽層。在器件設(shè)計(jì)方面應(yīng)

6、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說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。21Na+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

7、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降低氧化層電荷的措施?“無鈉” SiO2的生長；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小；氧化層生長后進(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；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

8、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)26MOS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。283.填 空 題 29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，

9、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、

10、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304.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、中位壽命t0.5和t0.9。解：31假設(shè)在完成一項(xiàng)任務(wù)過程中，某產(chǎn)品需要循環(huán)動(dòng)作100次，而且其故障率cy=5次故障/106循環(huán)。 求:其可靠度RC ? 解：32故障樹定量分析與門：或門：1