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文檔簡介
集成電路可靠性1第1頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四1.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)品各占一半時的時刻??煽啃远x:可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi),完成規(guī)定的功能的能力。2第2頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四襯底熱電子(SHE)效應(yīng):熱電子來源于襯底電流,在勢壘區(qū)電場的加速下運動到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。3第3頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四4第4頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四溝道熱電子(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)運動的電子,在漏結(jié)附近受到勢壘區(qū)電場加速,電子獲得了能量而被加速,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。5第5頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四6第6頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四浪涌的定義及其數(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間內(nèi)的一種劇烈脈沖。7第7頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四應(yīng)力的定義:指的是在某一瞬間,外界對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,時間也是一種應(yīng)力。特征壽命:滿足的稱為特征壽命。8第8頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四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)的情況(器件類型、實效現(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第9頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四畫出浴盆曲線,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第10頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四偶然失效期的數(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:11第11頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四f(t)tR(t)tλ(t)t失效概率密度可靠度失效率12第12頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四閂鎖效應(yīng):是指在芯片的電源和地之間存在一個低阻抗寄生的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第13頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四二次擊穿:當(dāng)器件被偏置在某一特殊工作點時,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第14頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四二次擊穿(BJT)發(fā)射結(jié)反偏(R)發(fā)射結(jié)正偏(F)基極開路(O)15第15頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四故障樹分析法:在系統(tǒng)設(shè)計過程中,通過對可能造成系統(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)計分析方法。16第16頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四2.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間、事件和故障率數(shù)據(jù)的關(guān)系;這種模型的“解”就是所預(yù)計的產(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第17頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四基本可靠性模型:基本可靠性模型是用以估計產(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;儲備單元越多,系統(tǒng)的基本可靠性(無故障持續(xù)時間和概率)越低。18第18頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四任務(wù)可靠性模型用以估計產(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)中儲備單元越多,則其任務(wù)可靠性越高。19第19頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四軟誤差的改進(jìn)措施?提高封裝材料的純度,減少α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α粒子的屏蔽層。在器件設(shè)計方面應(yīng)考慮防止電子-空穴對在有源區(qū)聚集。在電路和系統(tǒng)方面設(shè)法采用糾錯電路。20第20頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四說明在氧化層中有那四種電荷?固定氧化層電荷、可動離子電荷、界面陷阱電荷、氧化層陷阱電荷。21第21頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四Na+對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)計的基本內(nèi)容?線路可靠性設(shè)計;版圖可靠性設(shè)計;工藝可靠性設(shè)計;封裝結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計。22第22頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四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層中高三個數(shù)量級;PSG還能固定Na+。氮化硅(Si3N4)鈍化;對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第23頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四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;以鈍化為主對硅材料選用(100)晶向,使固定氧化層電荷及界面陷阱電荷最?。谎趸瘜由L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第24頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四敘述提高抗熱載流子效應(yīng)的幾項措施?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第25頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四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)26第26頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四MOS管柵氧擊穿的種類及所采取措施?種類:瞬時擊穿和經(jīng)時擊穿
(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第27頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四為避免閂鎖效應(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。28第28頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四3.填空題
潛在失效模式潛在失效后果及表現(xiàn)形式嚴(yán)重度S潛在失效起因與機(jī)理頻度O探測度DRPN建議采取措施措施結(jié)果SODRPN電遷移、靜電損傷、閂鎖效應(yīng)??6?45??53??29第29頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四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、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,電阻增大焊點脫落,金屬間化合物,焊點移位,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30第30頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四4.計算題
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小時的工作時間內(nèi)有20%故障。試求其平均壽命θ、中位壽命t0.5和t0.9。解:31第31頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四假設(shè)在完成一項任務(wù)過程中,某產(chǎn)品需要循環(huán)動作100次,而且其故障率λcy=5次故障/106循環(huán)。求:其可靠度RC=?
解:32第32頁,共36頁,2023年,2月20日,星期四故障樹定量分析與門:或門:1:底事件發(fā)生0:底事件不發(fā)生頂事件的故障率?或門與門求出系統(tǒng)的最小割集?33第33頁,共36頁,2023年,2月2
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