集成電路可靠性介紹
可靠性的定義是系統(tǒng)或元器件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。從集成電路的誕生開始，可靠性的研究測試就成為IC設(shè)計、制程研究開發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)中的一個重要部分。
Jack Kilby 在1958年發(fā)明了集成電路，第一塊商用單片集成電路在1961年誕生；1962年9月26日，第一屆集成電路方面的專業(yè)國際會議在美國芝加哥召開。當(dāng)時會議名稱為“電子學(xué)失效物理年會”；1967年,會議名稱改為“可靠性物理年會”；1974年又改為“國際可靠性物會議”(IRPS) 并延續(xù)至今。IRPS已經(jīng)發(fā)展成集成電路行業(yè)的一個盛會，而可靠性也成為橫跨學(xué)校研究所及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要研究領(lǐng)域。
集成電路可靠性評估體系
經(jīng)過四十多年的發(fā)展，集成電路的可靠性評估已經(jīng)形成了完整的、系統(tǒng)的體系，整個體系包含制程可靠性、產(chǎn)品可靠性和封裝可靠性。
制程可靠性評估采用特殊設(shè)計的結(jié)構(gòu)對集成電路中制程相關(guān)的退化機理 (Wearout Mechanism)進行測試評估。例如，我們使用在芯片切割道(Scribe Line)上的測試結(jié)構(gòu)來進行 HCI ( Hot Carrier Injection) 和 NBTI (N
egative Bias Temperature Instability) 測試，對器件的可靠性進行評估。
產(chǎn)品可靠性和封裝可靠性是利用真實產(chǎn)品或特殊設(shè)計的具有產(chǎn)品功能的TQV(Technology Qualification Vehicle) 對產(chǎn)品設(shè)計、制程開發(fā)、生產(chǎn)、封裝中的可靠性進行評估。
集成電路可靠性工作者的主要任務(wù)
可靠性定義中“規(guī)定的時間”即常說的“壽命”。根據(jù)國際通用標(biāo)準(zhǔn)，常用電子產(chǎn)品的壽命必須大于10年。 顯然，我們不可能將一個產(chǎn)品放在正常條件下運集成電路可靠性介紹行10年再來判斷這個產(chǎn)品是否有可靠性問題�？煽啃栽u估采用“加速壽命測試”(Accelerated Life Test, ALT)。 把樣品放在高電壓、大電流、高濕度、高溫、較大氣壓等條件下進行測試，然后根據(jù)樣品的失效機理和模型來推算產(chǎn)品在正常條件下的壽命。通常的測試時間在幾秒到幾百小時之內(nèi)。所以準(zhǔn)確評估集成產(chǎn)品的可靠性，是可靠性工作者一個最重要的任務(wù)。當(dāng)測試結(jié)果表明某一產(chǎn)品不能滿足設(shè)定的可靠性目標(biāo)，我們就要和產(chǎn)品設(shè)計、制程開發(fā)、產(chǎn)品生產(chǎn)部門一起來改善產(chǎn)品的可靠性，這也是可靠性工作者的另一重要職責(zé)。當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)生問題時， 對產(chǎn)品的可靠性風(fēng)險評估是可靠性工作者的第三個重要使命。
為了達成這三項使命，我們必須完成以下6個具體工作：
1）研究理解產(chǎn)品失效機理和壽命推算模型；
2）設(shè)計和優(yōu)化測試結(jié)構(gòu)；
3）開發(fā)和選擇合適的測試設(shè)備、測試方法和程序；
4）掌握可靠相關(guān)的統(tǒng)計知識，合理選擇樣品數(shù)量和數(shù)據(jù)分析方法；
5）深入了解制程參數(shù)和可靠性之間的關(guān)系；
6）掌握失效分析的基本知識，有效利用各種失效分析工具。
這6個方面的工作相互影響依賴。對失效機理和生產(chǎn)制程的理解是最基本的，只有理解，才能設(shè)計出比較合適的測試結(jié)構(gòu)，選擇適當(dāng)?shù)臏y試與數(shù)據(jù)分析方法，并采用合適的壽命推算模型，以做出準(zhǔn)確的壽命評估。只有深入理解制程參數(shù)和失效機理之間的互相關(guān)系，才能有效地掌握方向、訂下重點、分配資源，來改善產(chǎn)品的可靠性。
集成電路可靠性面臨的挑戰(zhàn)
九十年代以來，集成電路技術(shù)得到了快速發(fā)展，特征尺寸不斷縮小，集成度和性能不斷提高。為了減小成本，提高性能，集成電路技術(shù)中引入大量新材料、新工藝和新的器件結(jié)構(gòu)。這些發(fā)展給集成電路可靠性的保證和提高帶來了巨大挑戰(zhàn)。
