集成电路可靠性 (2)精选PPT.ppt

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1、集成电路可靠性1第1页，此课件共36页哦1.名名 词词 解解 释释 1.中位寿命：中位寿命：满足满足 的的t0.5称为中位寿命，即寿命称为中位寿命，即寿命比它长和比它短的产品各占一半时的时刻。比它长和比它短的产品各占一半时的时刻。2.可靠性定义：可靠性定义：可靠性是指产品在可靠性是指产品在规定规定的条件和的条件和规定规定的时的时间内，完成间内，完成规定规定的功能的能力。的功能的能力。2第2页，此课件共36页哦3.衬底热电子衬底热电子(SHE)效应：效应：热电子热电子来源于来源于衬底电流，在势垒区电场的加衬底电流，在势垒区电场的加速下速下运动运动到到Si-SiO2界面界面，其中部分电子的能，其中

2、部分电子的能量可以量可以达到或超过达到或超过Si-SiO2势垒高度，便势垒高度，便注入注入到栅氧化层中去，被电子陷阱所俘获，相应到栅氧化层中去，被电子陷阱所俘获，相应的的调制调制了硅表面势，引起了硅表面势，引起MOS器件跨导的器件跨导的下下降降及阈值电压的及阈值电压的漂移漂移，这就是热电子损伤。，这就是热电子损伤。3第3页，此课件共36页哦4第4页，此课件共36页哦4.沟道热电子沟道热电子(CHE)效应：效应：热电子热电子来源于来源于表面沟道电流，是从源区向漏表面沟道电流，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

3、热电加速，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，可以越过子。这些热电子中能量较高的，可以越过Si-SiO2势垒，注入到势垒，注入到SiO2中去，同衬底热电子一中去，同衬底热电子一样，被陷阱中心所俘获，产生热电子损伤。样，被陷阱中心所俘获，产生热电子损伤。沟道热电子效应与沟道热电子效应与衬底热电子衬底热电子效应不同，它效应不同，它仅改变了漏结附近仅改变了漏结附近SiO2中的电荷分布。中的电荷分布。5第5页，此课件共36页哦6第6页，此课件共36页哦5.浪涌的定义及其数学模型公式：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，超出正常工作电压的瞬间过电压

4、，本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的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。一种剧烈脉冲。7第7页，此课件共36页哦6.应力的定义：应力的定义：指的是在某一瞬间，外界对器件施加的部分指的是在某一瞬间，外界对器件施加的部分或全部影响。例如：温度、湿度、机械力、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。电流、电压、频率射线强度等，都是应力。从广义上讲，时间也是一种应力。从广义上讲，时间也是一种应力。7.特征寿命：特征寿命：满足满足 的的 称为特征寿命。称为特征寿命。8第8页，此课件共36页哦8.集成电路失效分析的基本原则：集成电路失效分析

5、的基本原则：先调查、了解与失效有关的情况先调查、了解与失效有关的情况(器件类型、器件类型、实效现象、应力条件等实效现象、应力条件等)，后分析失效器件。，后分析失效器件。先做外部分析，后做内部先做外部分析，后做内部(解剖解剖)分析。分析。先做非破坏分析，后做破坏分析。先做非破坏分析，后做破坏分析。9第9页，此课件共36页哦9.画出浴盆曲线，解释其每一段的含义画出浴盆曲线，解释其每一段的含义(也也可举例说明可举例说明)，并描述偶然失效期的数学，并描述偶然失效期的数学模型：模型：10第10页，此课件共36页哦偶然失效期的数学模型：偶然失效期的数学模型：是指数函数，其失效概率密度为：是指数函数，其失效

6、概率密度为：可靠度为：可靠度为：失效率为：失效率为：11第11页，此课件共36页哦f(t)tR(t)t(t)t失效概率密度失效概率密度可靠度可靠度失效率失效率12第12页，此课件共36页哦10.闩锁效应：闩锁效应：是指在芯片的电源和地之间存在一个低阻抗是指在芯片的电源和地之间存在一个低阻抗寄生的寄生的BJT管通路，由于存在正反馈，所以产管通路，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。至烧毁电路的现象。13第13页，此课件共36页哦11.二次击穿二次击穿：当器件被偏置在某一特殊工作点时，当器件被偏置在某一特殊工作点时，电

7、压突电压突然降落，电流突然上升然降落，电流突然上升，出现负阻的物理现，出现负阻的物理现象叫二次击穿。象叫二次击穿。(不是第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，二次击穿是破坏性的热击穿，为不可逆过程，有过量电流流过有过量电流流过PN结，温度很高，使结，温度很高，使PN结烧结烧毁。毁。(雪崩击穿是一次击穿雪崩击穿是一次击穿)14第14页，此课件共36页哦二次击穿二次击穿(BJT)发射结反偏发射结反偏(R)发射结正偏发射结正偏(F)基极开路基极开路(O)15第15页，此课件共36页哦12.故障树分析法：故障树分析法：在系统设计过程中，通过对可能造成系统故在系统设计过程中，

8、通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出逻辑框图（即故为因素等）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。性的一种设计分析方法。16第16页，此课件共36页哦2.简简 答答 题题 1.可靠性数学模型的定义和种类可靠性数学模型的定义和种类?及它们之及它们之间的区别间的区别?从从数数学学

9、上上建建立立可可靠靠性性框框图图与与时时间间、事事件件和和故故障障率率数数据据的的关关系系；这这种种模模型型的的“解解”就就是是所所预计的产品可靠性。预计的产品可靠性。种类：种类：基本可靠性模型和任务可靠性模型基本可靠性模型和任务可靠性模型区别：区别：17第17页，此课件共36页哦基本可靠性模型：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发生故障所引起的维修及保障要求维修及保障要求的可靠性模的可靠性模型。型。是全串联模型；是全串联模型；储备单元越多，系统的基本可靠性（无故障持储备单元越多，系统的基本可靠性（无故障持续时间和概

10、率）越低。续时间和概率）越低。18第18页，此课件共36页哦任务可靠性模型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，用以度量预定作用，用以度量工作有效性工作有效性的一种可靠性的一种可靠性模型。模型。系统中储备单元越多，则其任务可靠性越高。系统中储备单元越多，则其任务可靠性越高。19第19页，此课件共36页哦2.软误差的改进措施软误差的改进措施?提高封装材料的纯度，减少提高封装

11、材料的纯度，减少粒子来源。粒子来源。在芯片表面涂阻挡层，如用聚酸亚胺树脂涂在芯片表面涂阻挡层，如用聚酸亚胺树脂涂敷芯片，形成对敷芯片，形成对粒子的屏蔽层。粒子的屏蔽层。在器件设计方面应考虑防止电子空穴对在在器件设计方面应考虑防止电子空穴对在有源区聚集。有源区聚集。在电路和系统方面设法采用纠错电路。在电路和系统方面设法采用纠错电路。20第20页，此课件共36页哦3.说明在氧化层中有那四种电荷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。电荷、氧化层陷阱电荷。21第21页，此课件共36页哦4.Na+对器件电性能及可靠性

12、的影响对器件电性能及可靠性的影响?降降低了低了pn 结击穿电压，增加了反向漏电流结击穿电压，增加了反向漏电流；引引起晶体管电流增益起晶体管电流增益hFE的漂移的漂移。5.可靠性设计的基本内容可靠性设计的基本内容?线路可靠性设计；线路可靠性设计；版图可靠性设计；版图可靠性设计；工艺可靠性设计；工艺可靠性设计；封装结构可靠性设计。封装结构可靠性设计。22第22页，此课件共36页哦6.用钝化法防离子沾污的几种措施用钝化法防离子沾污的几种措施?磷硅玻璃（磷硅玻璃（PSG）钝化；）钝化；Na+在在PSG中的溶解度比在中的溶解度比在SiO2层中高三个数量级；层中高三个数量级；PSG还能固定还能固定Na+。

13、氮化硅（氮化硅（Si3N4）钝化；）钝化；对对Na+等杂质有阻挡作用，抗等杂质有阻挡作用，抗Na+沾污能力极强；沾污能力极强；介电常数大，可提高介电常数大，可提高MOS器件的跨导、降低阈值电压；器件的跨导、降低阈值电压；抗辐射能力强。抗辐射能力强。三氧化二铝（三氧化二铝（Al2O3）钝化。）钝化。23第23页，此课件共36页哦7.降低氧化层电荷的措施降低氧化层电荷的措施?“无钠无钠”SiO2的生长；的生长；采取各种防采取各种防Na+等其它离子的沾污的措施；等其它离子的沾污的措施；以钝化为主以钝化为主对硅材料选用对硅材料选用(100)晶向，使固定氧化层电荷晶向，使固定氧化层电荷及界面陷阱电荷最小

14、；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；定氧化层电荷和界面陷阱电荷；24第24页，此课件共36页哦8.叙述提高抗热载流子效应的几项措施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；减小栅结附近的电场；改善栅氧化层质量；改善栅氧化层质量；在电路和版图设计上采取适当措施。在电路和版图设计上采取适当措施。9.MOS场效应管电离辐射效应的主要表现场效应管电离辐射效应的主要表现?阈值电压阈值电压Vth和平带电压和平带电压VFB发生漂移发生漂移；MOS器件的器件的C-V曲线发生变化曲线发生变化，产生畸变。，产生畸

15、变。25第25页，此课件共36页哦10.提高互连线抗电迁移能力的方法提高互连线抗电迁移能力的方法?减小电流密度减小电流密度J；降低薄膜温度降低薄膜温度T；降低常数降低常数C；增加薄膜宽度增加薄膜宽度W和厚度和厚度d；增大薄膜中离子扩散的激活能增大薄膜中离子扩散的激活能Q。如介质覆盖效应如介质覆盖效应26第26页，此课件共36页哦11.MOS管栅氧击穿的种类及所采取措施管栅氧击穿的种类及所采取措施?种类：种类：瞬时击穿瞬时击穿和和经时击穿经时击穿(TDDB)控制原材料硅中的控制原材料硅中的C、O2等微量杂质的含量，等微量杂质的含量，防止防止Na+、灰尘微粒等沾污、灰尘微粒等沾污；用用CVD生长生

16、长SiO2或掺氮氧化以改进栅氧质量或掺氮氧化以改进栅氧质量标准标准；栅氧易受静电损伤，它的损伤积累的，使用栅氧易受静电损伤，它的损伤积累的，使用中必须采取防护措施中必须采取防护措施。27第27页，此课件共36页哦12.为避免闩锁效应所采用的的几种措施为避免闩锁效应所采用的的几种措施?增加基区宽度；增加基区宽度；即增加即增加NMOS与与PMOS之间的间距之间的间距使用可以吸收注入电荷的保护环；使用可以吸收注入电荷的保护环；防止双极晶体管起作用防止双极晶体管起作用深槽隔离。深槽隔离。28第28页，此课件共36页哦3.填填 空空 题题 潜在失效潜在失效模式模式潜在失效后果潜在失效后果及表现形式及表现

17、形式严严重重度度S潜在失潜在失效起因效起因与机理与机理频频度度O探探测测度度DRPN建议建议采取采取措施措施措施结果措施结果S O DRPN电电迁迁移移、静静电电损损伤伤、闩闩锁锁效效应应?6?45?53?29第29页，此课件共36页哦失效部位失效部位失效因素失效因素失效模式失效模式失效机理失效机理芯片体内芯片体内表面表面钝钝化化层层晶体缺陷、表面氧化晶体缺陷、表面氧化膜布膜布线间绝缘层线间绝缘层耐耐压压退化，偶退化，偶电电流增流增大，短路，大，短路，电电流增益流增益退化，噪声退化，退化，噪声退化，阈阈值电压变值电压变化化二次二次击击穿，穿，可控硅效可控硅效应应，辐辐射射损伤损伤，瞬，瞬间间功

18、率功率过载过载，介，介质击质击穿，表面反型，穿，表面反型，钩钩到漏到漏电电，沾，沾污污物，物，针针孔，裂孔，裂纹纹，开裂，厚，开裂，厚度不均度不均金属化系金属化系统统芯片布芯片布线线接点、接点、针针孔孔开路，短路，开路，短路，电电阻增阻增大，漏大，漏电电断路断路金金铝铝合金，合金，铝电铝电迁移，迁移，铝铝再再结结构，构，电过应电过应力，力，铝铝腐腐蚀蚀，沾，沾污污，铝铝划划伤伤，空隙，缺，空隙，缺损损，台，台阶阶断断铝铝，非欧姆接触，接触不良，非欧姆接触，接触不良，厚度不均厚度不均电连电连接部接部分分引引线焊线焊接接开路，短路，开路，短路，电电阻增阻增大大焊焊点脱落，金属点脱落，金属间间化合物

19、，化合物，焊焊点移位，点移位，焊焊接接损伤损伤引引线线内引内引线线开路，短路开路，短路断断线线，引，引线线松弛，引松弛，引线线碰接碰接键键合系合系统统芯片芯片键键合，管壳合，管壳键键合合断开，短路，工作点断开，短路，工作点不不稳稳定，退化，定，退化，热热阻阻增大增大沾沾污污，金属，金属间间化合物，化合物，键键合不合不良，接触面良，接触面积积不不够够，脱，脱键键，裂，裂纹纹，破裂，破裂封装系封装系统统封装、密封、引封装、密封、引线镀线镀层层、封入气体、混入、封入气体、混入多余物（有机物、无多余物（有机物、无机物、金属）机物、金属）短路，漏短路，漏电电流增大，流增大，断裂，断裂，腐蚀腐蚀断断线线，

20、焊焊接性差，瞬接性差，瞬时时工作不工作不良，良，绝缘电绝缘电阻下降阻下降密封不良，受潮，沾密封不良，受潮，沾污污，引，引线线生生锈锈，腐蚀腐蚀，断裂，多余物，断裂，多余物，表面退化，封入气体不表面退化，封入气体不纯纯输输入入/输输出出端端静静电电、过压过压、浪涌、浪涌电电压压短路，开路，熔断，短路，开路，熔断，烧烧毁毁电击电击穿，穿，烧烧毁毁，栅栅穿，穿，栅损栅损坏坏30第30页，此课件共36页哦4.计计 算算 题题 1.某电子设备的故障分布为指数分布，根据某电子设备的故障分布为指数分布，根据数据分析知，这种设备在数据分析知，这种设备在500小时的工作小时的工作时间内有时间内有20%故障。试求

21、其平均寿命故障。试求其平均寿命、中位寿命中位寿命t0.5和和t0.9。解：解：31第31页，此课件共36页哦2.假设在完成一项任务过程中，某产品需要假设在完成一项任务过程中，某产品需要循环动作循环动作100次，而且其故障率次，而且其故障率cy=5次故次故障障/106循环。循环。求求:其可靠度其可靠度RC?解：解：32第32页，此课件共36页哦故障树定量分析故障树定量分析与门：或门：1:底事件发生底事件发生0:底事件不发生底事件不发生顶事件的故障率顶事件的故障率?或门或门与门与门求出系统的最小割集求出系统的最小割集?33第33页，此课件共36页哦概率重要度概率重要度概率重要度概念：概率重要度概念：第第i个部件不可靠度的变化引起整个系统不可靠个部件不可靠度的变化引起整个系统不可靠度变化的程度。用数学公式表达为：度变化的程度。用数学公式表达为：34第34页，此课件共36页哦3.已知：已知：1=0.001/h,2=0.002/h,3=0.003/h试求：试求：当当 t=100h 时各部件的概率重要度时各部件的概率重要度?解解：或门或门与门与门35第35页，此课件共36页哦36第36页，此课件共36页哦