微電子器件可靠性習(xí)題(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的情況，為了證實(shí)芯片表面是否被污染，一般將元器件進(jìn)行高溫烘烤，并對(duì)比烘烤前后的有關(guān)性能。講述其體做法。4．以失效分析為目的的電測(cè)技術(shù)167。 連接性測(cè)試167。 待機(jī)電流測(cè)試 正常電源電壓作用下，無(wú)信號(hào)輸入時(shí)的集成電路的電源電流叫待機(jī)電流。好壞電路的待機(jī)電流的比較是確定失效原因和確定失效分析后續(xù)步驟的重要依據(jù)。如待機(jī)電流偏大，則說(shuō)明芯片內(nèi)部有局部漏電區(qū)域，應(yīng)采用光輻射顯微鏡（EMM）做漏電區(qū)失效定位；如電流偏小，則說(shuō)明芯片內(nèi)部電源端或地端相連的部分金屬化互連線或引線有開(kāi)路；如電流為0，說(shuō)明芯片與電源端或地端相連的金屬化互連線或引線有開(kāi)路。開(kāi)路失效可試用X射線透視和開(kāi)封鏡檢進(jìn)行分析。167。 端口測(cè)試 由于ESD保護(hù)電路廣泛用于CMOS電路，電源端對(duì)輸入/輸出端以及輸入/輸出端對(duì)地端可等效為兩個(gè)串聯(lián)的二極管圖，而CMOS電路的內(nèi)電路的輸入端為MOS器件，由MOS器件柵極的絕緣性，各端口對(duì)地端/電源端以及電源端對(duì)地端的正常IV特性類似于二極管的IV特性。測(cè)量并比較好壞電路各端口對(duì)地端或?qū)﹄娫炊薎V特性，可確定失效端口。也可對(duì)好壞電路各端口對(duì)地端或電源端作正反向的電阻測(cè)量，確定失效端口。5．無(wú)損失效分析技術(shù)167。 定義為不必打開(kāi)封裝對(duì)樣品進(jìn)行失效定位和失效分析的技術(shù)。167。 電測(cè)技術(shù)167。 X射線透視技術(shù)和反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)（CSAM）6．以測(cè)量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù) 集成電路復(fù)雜性決定了失效定位在失效分析中的關(guān)鍵作用。打開(kāi)封裝后，用顯微鏡看不到失效部位時(shí)，就需對(duì)芯片進(jìn)行電激勵(lì)，根據(jù)芯片表面節(jié)點(diǎn)的電壓、波形或發(fā)光異常點(diǎn)進(jìn)行失效定位。167。 掃描顯微鏡的電壓襯度像167。 芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的波形測(cè)量7．以測(cè)量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)顯微紅外熱像分析技術(shù)液晶熱點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)光發(fā)射顯微分析技術(shù)8．失效分析技術(shù) 以失效分析為目的的電測(cè)技術(shù)、無(wú)損失效分析技術(shù)、樣品制備技術(shù)、顯微形貌像技術(shù)、以測(cè)量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)、以測(cè)量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)、電子元器件化學(xué)成分分析技術(shù)、9．IC失效原因 過(guò)電應(yīng)力(EOS) /靜電放電(ESD) 、工藝缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷及材料缺陷過(guò)電應(yīng)力和塑封器件的分層是IC在使用過(guò)程中最常見(jiàn)的失效原因；第五章 可靠性設(shè)計(jì)1．微電路常規(guī)可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)包括 冗余設(shè)計(jì) 、 降額設(shè)計(jì) 、靈敏度設(shè)計(jì)和中心值優(yōu)化設(shè)計(jì)。2．內(nèi)建可靠性及其技術(shù)特點(diǎn)？四、（滿分14分）2) 什么是元件靈敏度S，給出其數(shù)學(xué)表達(dá)式？(3分)3) 什么是相對(duì)靈敏度SN，給出其數(shù)學(xué)表達(dá)式？(3分)4) 計(jì)算由圖中輸出電壓uo對(duì)電阻R1，R2的元件靈敏度和相對(duì)靈敏度。(8分) R1 3ΩR1 1Ωui =1Vuo 答題要點(diǎn)：a) 元件靈敏度S是指電路特性參數(shù)T對(duì)元器件值X絕對(duì)變化的靈敏度，即為T(mén)對(duì)X的變化率。 b) 相對(duì)靈敏度SN是指電路特性T對(duì)元器件值X相對(duì)變化的靈敏度。 c)1．可靠性設(shè)計(jì)中，經(jīng)常采用的兩種常規(guī)設(shè)計(jì)方法是 降額設(shè)計(jì) 和 冗余設(shè)計(jì)。第六章 工藝可靠性1．不考慮電流集邊效應(yīng)，縱向npn管的發(fā)射極處的接觸為 垂直 型接觸，基極處的接觸為 水平 型接觸，集電極處的接觸為 垂直 型接觸；MOS管的源極接觸為 水平 型接觸。(4分)2．金屬半導(dǎo)體的接觸按照電流流過(guò)界面層后在半導(dǎo)體內(nèi)的流動(dòng)方向可分為 垂直 型和 水平 型。3．正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的大小反映了參數(shù)的分散程度，σ越小，工藝參數(shù)的分布越集中。4．標(biāo)準(zhǔn)偏差σ一方面代表了工藝參數(shù)的集中程度，同時(shí)也反映了該工序生產(chǎn)合格產(chǎn)品能力的強(qiáng)弱。對(duì)正態(tài)分布，絕大部分參數(shù)值集中在μ177。3 σ范圍內(nèi)（對(duì)應(yīng)6σ），%，代表參數(shù)的正常波動(dòng)范圍幅度。因此通常將6σ成為工序能力。5．工業(yè)生產(chǎn)中通常采用工序能力指數(shù)評(píng)價(jià)生產(chǎn)工藝水平。8．工序能力指數(shù)Cp來(lái)表示工藝水平滿足工藝參數(shù)規(guī)范要求的程度。實(shí)際工序能力指數(shù)Cpk值實(shí)際上直接反映了工藝成品率的高低，因此定量地表征了該工序滿足工藝規(guī)范要求的能力。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)工序能力指數(shù)提出了Cp不小于9．工藝參數(shù)遵循正態(tài)分布，絕大部分參數(shù)值集中在μ177。3 σ范圍內(nèi)，%。因此通常將6σ稱為工序能力。 6σ的范圍越小，表示該工序的固有能力越強(qiáng)。10．元器件內(nèi)在質(zhì)量和可靠性的核心評(píng)價(jià)技術(shù)：工序能力指數(shù)Cpk、工藝過(guò)程統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)分析spc、產(chǎn)品出廠平均質(zhì)量水平ppm。11．傳統(tǒng)的參數(shù)測(cè)試和可靠性試驗(yàn)方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代元器件產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性評(píng)價(jià)的要求，需要從設(shè)計(jì)和制造角度保證和評(píng)價(jià)元器件的內(nèi)在質(zhì)量和可靠性。12．只有能力很強(qiáng)的生產(chǎn)線在穩(wěn)定受控的條件下才能生產(chǎn)出內(nèi)在質(zhì)量好可靠性高的產(chǎn)品。工藝過(guò)程能力的強(qiáng)弱用工序能力指數(shù)cpk定量評(píng)價(jià)。過(guò)程是否穩(wěn)定受控用spc技術(shù)進(jìn)行定量分析。13．采用PPM技術(shù)評(píng)價(jià)出廠產(chǎn)品的平均質(zhì)量，能綜合反映產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造水平。14．產(chǎn)品生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過(guò)程中采用SPC、Cpk、PPM分析、評(píng)價(jià)技術(shù)可以保證生產(chǎn)出內(nèi)在質(zhì)量高的產(chǎn)品。生產(chǎn)方向用戶提供電子產(chǎn)品時(shí)，不但要通過(guò)參數(shù)測(cè)試和試驗(yàn)來(lái)證明產(chǎn)品滿足規(guī)范要求，還要應(yīng)用和要求，提交SPC、Cpk、PPM數(shù)據(jù)，證明提供的產(chǎn)品具有較高的質(zhì)量和可靠性。15．對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)時(shí)涉及到確定關(guān)鍵工序、確定關(guān)鍵工藝參數(shù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和工藝條件的優(yōu)化確定、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)的采集、工序能力評(píng)價(jià)、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)分析工具的應(yīng)用等幾方面的工作。16．Cpk評(píng)價(jià)的是工藝總體水平，而不是一次操作的具體情況。因此，在日常生產(chǎn)過(guò)程中，不需要將工序能力指數(shù)評(píng)價(jià)作為每天比做的常規(guī)工作，可以隔一段時(shí)間觀察一次變化情況。17．工序能力指數(shù)評(píng)價(jià)是用有限的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)推算工藝水平的，包括工藝成品率水平。盡管采用的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)可能都滿足規(guī)范要求，但是可以由這些數(shù)據(jù)推算出工藝的不合格率。18．在生產(chǎn)中如何確定關(guān)鍵工藝參數(shù)以及對(duì)工藝參數(shù)規(guī)范的合理要求是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，也是正確計(jì)算工序能力指數(shù)的前提條件。19．6σ設(shè)計(jì)是指工藝規(guī)范要求的范圍為177。6σ。目前，6σ設(shè)計(jì)要求代表了國(guó)際上現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)工序能力指數(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。20．提高工序能力指數(shù)和實(shí)現(xiàn)6σ設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求是一致的，基本途徑有三條：減小工藝參數(shù)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差；使工藝參數(shù)分布的均值盡量與規(guī)范要求中心值靠近；擴(kuò)大工藝規(guī)范要求的范圍。21．工藝的起伏變化是不可避免的。如果工藝的起伏變化完全是由隨機(jī)原因引起的，不存在異常原因，則稱工藝處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)。只有在統(tǒng)計(jì)受控的條件下，才能生產(chǎn)出內(nèi)在質(zhì)量好、可靠性高的產(chǎn)品。22．工藝是否處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)與工藝參數(shù)是否滿足規(guī)范要求是兩類不同的問(wèn)題。23．采用SPC技術(shù)可以定量評(píng)價(jià)工藝是否處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)。SPC分析的核心技術(shù)是控制圖。第七章 可靠性試驗(yàn)1．抽樣方案 和 批產(chǎn)品不合格率 決定該批產(chǎn)品被接收的概率，表征接收概率和產(chǎn)品不合格率關(guān)系的曲線稱為 OC 曲線，又稱為 接收概率曲線。（4分）2．1．什么是可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)和老煉試驗(yàn)？；(4分) 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)是為暴露產(chǎn)品的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品施加特定的強(qiáng)應(yīng)力，使其失效，依據(jù)失效機(jī)理確定產(chǎn)品的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)施改進(jìn)措施，然后對(duì)該機(jī)后的產(chǎn)品施加新的應(yīng)力，尋找新的薄弱環(huán)節(jié)。隨著試驗(yàn)的不斷進(jìn)行，產(chǎn)品的可靠性逐步增長(zhǎng)； 老煉試驗(yàn)是使產(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，以便使產(chǎn)品工作狀態(tài)具有設(shè)計(jì)者賦予的穩(wěn)定功能。篩選試驗(yàn)?zāi)康氖翘蕹缓细窈驮缙谑Мa(chǎn)品，使其處于浴盆曲線的早期失效期與偶然失效期的交界。1．開(kāi)路的可能失效機(jī)理有過(guò)電應(yīng)力（EOS）損傷、金屬電遷移、金屬化的電化學(xué)腐蝕、壓焊點(diǎn)脫落、CMOS電路的閂鎖效應(yīng)、塑封器件的爆米花效應(yīng)等2．漏電和短路可能的失效機(jī)理有靜電放電（EOS）損傷、顆粒引發(fā)短路、介質(zhì)擊穿、pn結(jié)微等離子擊穿、SiAl互融3．參數(shù)漂移可能的失效機(jī)理有封裝內(nèi)水汽凝結(jié)、介質(zhì)的離子沾污、輻射損傷、歐姆接觸退化、金屬電遷移4．輻射對(duì)電子元器件的影響：參數(shù)漂移、軟失效5．按電測(cè)結(jié)果分類，失效模式可分為：開(kāi)路、短路或漏電、參數(shù)漂移、功能失效。6．失效分析技術(shù)的延伸：進(jìn)貨分析作用：選擇優(yōu)質(zhì)的進(jìn)貨渠道，防止假冒偽劣元器件進(jìn)入整機(jī)生產(chǎn)線；良品分析的作用：學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)的捷徑；破壞性物理分析（DPA）：失效前的物理分析7．失效分析的一般程序：收集失效現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)；電測(cè)并確定實(shí)現(xiàn)模式；非破壞檢查；打開(kāi)封裝；鏡檢；通電并進(jìn)行失效定位；對(duì)失效部位進(jìn)行物理化學(xué)分析，確定失效機(jī)理；綜合分析，確定失效原因，提出糾正措施。8．收集失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) 作用：根據(jù)失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)估計(jì)失效原因和失效責(zé)任方，根據(jù)失效環(huán)境：潮濕、輻射，根據(jù)失效應(yīng)力：過(guò)電、靜電、高溫、低溫、高低溫，根據(jù)失效發(fā)生期：早期、隨機(jī)、磨損；失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的內(nèi)容。9．水汽對(duì)電子元器件的影響：電參數(shù)漂移、外引線的腐蝕、金屬化腐蝕、金屬半導(dǎo)體接觸退化10．失效應(yīng)力與失效模式的相關(guān)性：過(guò)電：pn結(jié)燒毀、電源內(nèi)引線燒毀、電源金屬化燒毀，靜電：mos器件氧化層擊穿、輸入保護(hù)電路潛在損傷或燒毀， 熱：鍵合失效、AlSi互溶、pn結(jié)漏電， 熱電：金屬電遷移、歐姆接觸退化， 高低溫：芯片斷裂、芯片粘結(jié)失效， 低溫：芯片斷裂11．失效發(fā)生期與失效機(jī)理的關(guān)系：早期失效：設(shè)計(jì)失誤、工藝缺陷、材料缺陷、篩選不充分隨機(jī)失效：靜電損傷、過(guò)電損傷，磨損失效：原器件老化；隨機(jī)失效有突發(fā)性和明顯性；早期失效和磨損失效有時(shí)間性和隱藏性12．以失效分析為目的的電測(cè)技術(shù)：電測(cè)在失效分析中的作用：重現(xiàn)失效現(xiàn)象，確定失效模式，縮小故障隔離區(qū)，確定失效定位的激勵(lì)條件，為進(jìn)行信號(hào)尋跡法失效定位創(chuàng)造條件；電測(cè)得種類和相關(guān)性：連接性失效、電參數(shù)失效、功能失效13．電子元器件失效分析的簡(jiǎn)單實(shí)用測(cè)試技術(shù)：連接性測(cè)試：萬(wàn)用表測(cè)量各管腳對(duì)地端/電源端/另一管腳的電阻，可發(fā)現(xiàn)開(kāi)路、短路和特性退化的管腳。電阻顯著增大或減小說(shuō)明有金屬化開(kāi)路或漏電部位。待機(jī)電流測(cè)試：所有輸入端接地（或電源），所有輸出端開(kāi)路，測(cè)電源端對(duì)地端電流，待機(jī)電流顯著增大說(shuō)明有漏電失效部位，待機(jī)電流顯著減小說(shuō)明有開(kāi)路失效部位。14．電子元器件失效分析的簡(jiǎn)單實(shí)用測(cè)試技術(shù)：各端口對(duì)地/電源端的漏電流（或iv）測(cè)試，可確定失效管腳；特性異常與否用好壞特性比較法確定。15．由反向IV特性確定失效機(jī)理：直線為電阻特性，pn結(jié)穿釘，屬嚴(yán)重EOS損傷；反向漏電流隨電壓緩慢增大，pn結(jié)受EOS損傷或ESD損傷；反向擊穿電壓下降，pn結(jié)受EOS損傷或ESD損傷；反向擊穿電壓不穩(wěn)定，芯片斷裂，芯片受潮；高溫儲(chǔ)存試驗(yàn)可區(qū)分離子沾污和過(guò)電應(yīng)力損傷試驗(yàn)。16．無(wú)損失效分析技術(shù)：無(wú)損分析的重要性（從質(zhì)檢和失效分析兩方面考慮）；X射線透視技術(shù)：用途：觀察芯片和內(nèi)引線的完整性；反射式聲學(xué)掃描顯微技術(shù)：觀察芯片粘結(jié)的完整性，微裂紋，芯片斷裂，界面斷層17．模擬失效分析技術(shù)：定義：通過(guò)比較模擬試驗(yàn)引起的失效現(xiàn)象與現(xiàn)場(chǎng)失效現(xiàn)象確定失效原因的技術(shù)；模擬試驗(yàn)的種類：高溫存儲(chǔ)、潮熱、高低溫循環(huán)、靜電放電、過(guò)電試驗(yàn)、閂鎖試驗(yàn)等18．樣品制備技術(shù)：打開(kāi)封裝、去鈍化層、去層間介質(zhì)層、拋切面技術(shù)、去金屬化層；增強(qiáng)可視性和可測(cè)試性；風(fēng)險(xiǎn)及防范：監(jiān)控19．去層間介質(zhì)：作用 多層結(jié)構(gòu)芯片失效分析；方法：反應(yīng)離子腐蝕；特點(diǎn)：材料選擇性和方向性；結(jié)果20．以測(cè)量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù)：紅外熱像技術(shù) 用途：熱分布圖、定熱點(diǎn)；光發(fā)射顯微鏡 用途：微漏電點(diǎn)失效定位，柵氧化層缺陷，pn結(jié)缺陷，閂鎖效應(yīng)；電子束感生電流像 用途：pn結(jié)缺陷21．聚焦離子束技術(shù) 用途：制備探測(cè)通孔，實(shí)現(xiàn)多層布線VLSI的下層金屬節(jié)點(diǎn)的電壓和波形測(cè)