捷捷半導(dǎo)體有限公司 錢(qián)清友 江林華

半導(dǎo)體產(chǎn)品的可靠性是研究人員分析產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù)，通過(guò)可靠性分析挑選合格產(chǎn)品，去蕪存菁，以提升產(chǎn)品質(zhì)量。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，普通半導(dǎo)體集成電路的技術(shù)也需要進(jìn)行一定的改進(jìn)，比如，研究人員需要提高半導(dǎo)體的集成度以適應(yīng)普通半導(dǎo)體集成電路的線(xiàn)寬逐漸減小的情況。既要保證半導(dǎo)體的集成度又要減小線(xiàn)寬，這就需要提升產(chǎn)品可靠性的要求。針對(duì)以上問(wèn)題，本文將分類(lèi)介紹如何測(cè)試半導(dǎo)體集成電路的可靠性，并針對(duì)性地分析熱載流子注入測(cè)試和柵氧化層測(cè)試兩種數(shù)據(jù)處理方法。

半導(dǎo)體集成電路是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的基本組成部分，具有十分重要的作用和地位。尤其是近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)電子信息技術(shù)行業(yè)不斷向前。所以，半導(dǎo)體集成電路性能方面的提升逐漸成為該行業(yè)的關(guān)注點(diǎn)，并對(duì)此提出了更高的要求。在促進(jìn)半導(dǎo)體集成電路發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量要求需達(dá)到更高的基本標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)比之前的技術(shù)和加工過(guò)程，現(xiàn)代的產(chǎn)品制作工序更加復(fù)雜，技術(shù)更加精細(xì)。所以，為保障產(chǎn)品能達(dá)到預(yù)期的可靠性要求和節(jié)省成本的目標(biāo)，對(duì)電路的可靠性進(jìn)行科學(xué)的檢測(cè)是十分必要的。

1 半導(dǎo)體集成電路的可靠性測(cè)試

1.1 半導(dǎo)體的可靠性

半導(dǎo)體可靠性檢測(cè)是產(chǎn)品投入使用前必經(jīng)的完善程序。我國(guó)現(xiàn)在采取被動(dòng)篩選的方法對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行分析檢測(cè)，以明確產(chǎn)品的可靠性。這種檢測(cè)方式操作基礎(chǔ)，還需要大量的資金支持和人員投入才能實(shí)現(xiàn)。而且，這種方法并不能準(zhǔn)確的檢測(cè)出符合可靠性要求的產(chǎn)品，既浪費(fèi)人力財(cái)力，又缺少對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性的保障?？梢?jiàn)，被動(dòng)篩選的方法不能滿(mǎn)足半導(dǎo)體可靠性檢測(cè)的實(shí)際需要。為彌補(bǔ)這一劣勢(shì)，半導(dǎo)體的研究開(kāi)發(fā)人員需要掌握高可靠性半導(dǎo)體的生產(chǎn)信息，包括生產(chǎn)環(huán)境、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、制造周期和條件等。進(jìn)而保證半導(dǎo)體的質(zhì)量和工作狀態(tài)的可靠性。同時(shí)，在進(jìn)行可靠性檢測(cè)時(shí)，要結(jié)合科學(xué)合理的數(shù)據(jù)分析，以實(shí)際情況為參考依據(jù)，不斷改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的可靠性。

1.2 半導(dǎo)體集成電路工藝的可靠性

為了最大化的提高半導(dǎo)體電路的可靠性，需要產(chǎn)品研究人員在現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行技術(shù)突破以改進(jìn)制造工序，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)理論和實(shí)踐知識(shí)，同時(shí)引進(jìn)半導(dǎo)體科研方向的優(yōu)秀人才和團(tuán)隊(duì)，作為提升半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)和可靠性的基本保障。要想改善集成電路的生產(chǎn)現(xiàn)狀，重要的一點(diǎn)是要掌握影響半導(dǎo)體可靠性的因素有哪些，從而在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)這些因素進(jìn)行必要的規(guī)避，以實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體集成電路可靠性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)程序、產(chǎn)品數(shù)據(jù)等相關(guān)指標(biāo)為輔助檢測(cè)手段來(lái)保障產(chǎn)品的可靠性。當(dāng)然，半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造過(guò)程也需要進(jìn)行研究和評(píng)估，其中重要的兩個(gè)評(píng)估要點(diǎn)是產(chǎn)品使用周期和質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)椋a(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品壽命直接影響用戶(hù)體驗(yàn)。為滿(mǎn)足客戶(hù)需求，就需要對(duì)產(chǎn)品可靠性提出更嚴(yán)苛的要求。在產(chǎn)品制造過(guò)程中，微電子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程是十分重要的，要全程進(jìn)行可靠性監(jiān)測(cè)，同時(shí)要保證產(chǎn)品試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的時(shí)效性和可靠性，另外，通過(guò)仿真的方法對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定，以保證半導(dǎo)體的工作狀態(tài)和運(yùn)行良好。經(jīng)過(guò)一系列的檢測(cè)手段和測(cè)定方法可以對(duì)半導(dǎo)體集成電路的可靠性有了一定的保障。最后的成品，免不了要經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)牟襟E，選擇密封處理、謹(jǐn)慎搬運(yùn)的方法可以很大程度的保證產(chǎn)品的完整性和可靠性。

1.3 評(píng)價(jià)半導(dǎo)體元件可靠性保持的時(shí)間

隨著現(xiàn)代化的到來(lái)，半導(dǎo)體在人類(lèi)生活起居中扮演著重要的角色，通過(guò)加工包裝，它逐漸成為現(xiàn)代化生活的必備產(chǎn)品。但是，半導(dǎo)體質(zhì)量也有自身的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，高可靠性的半導(dǎo)體是保障后期產(chǎn)品運(yùn)行暢通的決定性因素。現(xiàn)代化時(shí)代的人們?cè)絹?lái)越依賴(lài)電子產(chǎn)品，而半導(dǎo)體集成電路是電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)組成部件，為便利人們生活，更好的服務(wù)消費(fèi)群體，提升半導(dǎo)體的可靠性，加大對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的研究是十分必要的。通常情況下，工作人員會(huì)采取可靠性評(píng)估的方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量等方面的評(píng)估，其主要手段是采取模擬化的方法進(jìn)行產(chǎn)品應(yīng)用，對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行狀況做詳細(xì)的記錄，運(yùn)行狀況的記錄主要包括產(chǎn)品使用壽命、中斷次數(shù)等方面，針對(duì)半導(dǎo)體的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析進(jìn)而得出產(chǎn)品整體的可靠性指數(shù)。在分析過(guò)程中要格外加重對(duì)半導(dǎo)體使用壽命的檢測(cè)分析，因?yàn)?，用?hù)對(duì)產(chǎn)品的使用感受一般會(huì)通過(guò)使用周期給出簡(jiǎn)單的評(píng)判，為保障用戶(hù)體驗(yàn)的優(yōu)質(zhì)性，可以適當(dāng)減緩運(yùn)行速度，來(lái)提升產(chǎn)品的使用期限，當(dāng)然，半導(dǎo)體的使用壽命一定程度上會(huì)受到應(yīng)用環(huán)境的影響，所以，在成品中附加使用說(shuō)明和注意事項(xiàng)是保障產(chǎn)品可靠性的重要方法。

2 注入熱載流的測(cè)試數(shù)據(jù)技術(shù)和處理數(shù)據(jù)方法

2.1 注入熱載流子的測(cè)試

可靠性是評(píng)估半導(dǎo)體集成電路好壞的重要指標(biāo)，為得到準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)，一般會(huì)選擇注入熱載流的測(cè)試數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)可靠性進(jìn)行具體詳細(xì)的分析和測(cè)定。在生產(chǎn)半導(dǎo)體時(shí)要著重注意監(jiān)測(cè)進(jìn)行測(cè)試時(shí)所增加的熱載流子，并且要加強(qiáng)對(duì)于半導(dǎo)體的能量下費(fèi)米能級(jí)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，記錄能量級(jí)的變化。因?yàn)槟芰考?jí)的波動(dòng)代表電場(chǎng)的變化，通常情況下，殘留的電壓是載流子的極限的另一種表現(xiàn)形式，從而產(chǎn)生高強(qiáng)度的電場(chǎng)。當(dāng)載流子進(jìn)入該電場(chǎng)時(shí)，在強(qiáng)電場(chǎng)的加工后，會(huì)變成熱載流子，從而產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。以上載流子的變化狀況就是間接地對(duì)集成電路可靠性地反映。在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，載流子通過(guò)電離加快的反應(yīng)提升自己的能量，通過(guò)一段時(shí)間的緩沖后，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)這種方式，保證載流子的穩(wěn)定性，進(jìn)而得到集成電路的可靠性。

2.2 數(shù)據(jù)的處理方法

熱載流子實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步的加工處理，一般情況下處理的流程是簡(jiǎn)單統(tǒng)一的。實(shí)驗(yàn)表達(dá)式是一個(gè)冪函數(shù)，實(shí)驗(yàn)中的電學(xué)性質(zhì)與時(shí)間是成正比的轉(zhuǎn)換量。當(dāng)然，計(jì)數(shù)形式要統(tǒng)一采用阿拉伯?dāng)?shù)字進(jìn)行記錄，單位標(biāo)注要明確，比如，1s、2s、1min等。熱載流子試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)之一是可以通過(guò)多種方法獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)測(cè)試參數(shù)，在獲得數(shù)據(jù)之后，通過(guò)必備的數(shù)據(jù)整理程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過(guò)對(duì)比原有實(shí)驗(yàn)參數(shù)和當(dāng)前獲得的實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合預(yù)設(shè)參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)過(guò)程中，要詳細(xì)的記錄兩組數(shù)據(jù)之間的差異，通過(guò)數(shù)據(jù)特征得出相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，進(jìn)而確定電路的可靠性。對(duì)比其他熱載體實(shí)驗(yàn)，根據(jù)不同樣品的自身特點(diǎn)，要選擇相應(yīng)的測(cè)試方法。不同的時(shí)間內(nèi)通過(guò)測(cè)量熱載流子獲取的數(shù)據(jù)更加具有客觀(guān)性。

3 測(cè)試柵氧化層的技術(shù)和處理數(shù)據(jù)方法

柵極氧化物在半導(dǎo)體集成電路制造過(guò)程中具有決定性作用。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，集成電路的規(guī)模與其厚度成正相關(guān)的關(guān)系，但是，隨著產(chǎn)品部件質(zhì)量的降低，集成電路的厚度會(huì)有所減小。所以，在產(chǎn)品加工時(shí)要時(shí)刻注意柵極氧化物產(chǎn)品的可靠性，若在對(duì)柵極氧化物的監(jiān)測(cè)有疏忽，很可能會(huì)造成電介質(zhì)擊穿和缺陷密度的嚴(yán)重問(wèn)題。為降低這種風(fēng)險(xiǎn)，要以每個(gè)個(gè)體為對(duì)象，對(duì)整體進(jìn)行擊穿測(cè)試和斜坡電壓測(cè)試。

3.1 斜坡電壓的測(cè)試

斜坡電壓測(cè)試是另一種測(cè)試方法，因數(shù)據(jù)較龐大，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中柵極氧化層會(huì)出現(xiàn)一些缺陷和突發(fā)狀況，所以，一般會(huì)引入和泊松分布對(duì)缺陷進(jìn)行估算。斜坡電壓測(cè)試法一般是將斜坡電壓加入到電網(wǎng)的線(xiàn)性方向上實(shí)現(xiàn)的，然后，通過(guò)規(guī)律性的增加電壓強(qiáng)度，記錄發(fā)生擊穿現(xiàn)象時(shí)的電壓數(shù)據(jù)。對(duì)比斜坡電流測(cè)試原理，二者的區(qū)別比較明顯，后者在電網(wǎng)的線(xiàn)性方向上增加的是斜坡電流。隨著電流的增加，會(huì)出現(xiàn)分解固化層的現(xiàn)象。除此之外，二者都是斜率試驗(yàn)，都以研究在有缺陷的條件下，柵級(jí)氧化層密度的變化情況為中心點(diǎn)。通過(guò)根據(jù)擊穿時(shí)的電壓數(shù)據(jù)，來(lái)判定氧化層的耐受電壓值，同時(shí)可以得出柵極氧化層存在缺陷或不能正常運(yùn)行的電壓值。當(dāng)然，為增加實(shí)驗(yàn)的可信度，可對(duì)缺陷面積密度進(jìn)行估算，通過(guò)對(duì)比合理偏移范圍來(lái)判斷設(shè)計(jì)的合理性。

3.2 介質(zhì)擊穿實(shí)驗(yàn)

電介質(zhì)擊穿即在集成電路電場(chǎng)的作用下，電介質(zhì)喪失電絕緣能力，突變?yōu)榱紝?dǎo)電現(xiàn)象。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，要向電網(wǎng)中施加可承受范圍內(nèi)的磁場(chǎng)，盡量降低發(fā)生內(nèi)部擊穿的可能性。但是，氧化物層一般會(huì)出現(xiàn)一定程度的缺陷，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的磁場(chǎng)施加后，仍然會(huì)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。所以，柵極氧化物電介質(zhì)的擊穿是影響集成電路可靠性的重要因素之一，在進(jìn)行可靠性檢測(cè)時(shí)，將電壓施加控制在可承受范圍之內(nèi)，要盡量避免電介質(zhì)擊穿的干擾。

結(jié)語(yǔ)：可靠性是評(píng)判半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)品質(zhì)量和功能的重要依據(jù)。所以，可靠性的確定需要有特定的時(shí)間和條件作為試驗(yàn)環(huán)境，減少可控因素的干擾。為了提升產(chǎn)品可靠性結(jié)果的可信度，需要設(shè)計(jì)研究人員加強(qiáng)集成電路產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的可靠性監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)多種合理的檢測(cè)方法。結(jié)合高效的數(shù)據(jù)整理手段和處理方法，利用現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品可靠性評(píng)估。