1、1,集成电路可靠性 期末复习,2,1.名 词 解 释,中位寿命： 满足 的t0.5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。 可靠性定义： 可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。,3,衬底热电子(SHE)效应： 热电子来源于衬底电流，在势垒区电场的加速下运动到Si-SiO2界面，其中部分电子的能量可以达到或超过Si-SiO2势垒高度，便注入到栅氧化层中去，被电子陷阱所俘获，相应的调制了硅表面势，引起MOS器件跨导的下降及阈值电压的漂移，这就是热电子损伤。,4,5,沟道热电子 (CHE)效应： 热电子来源于表面沟道电流，是从源区向漏区运动的电子，在漏结附
2、近受到势垒区电场加速，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Si-SiO2势垒，注入到SiO2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。 沟道热电子效应与衬底热电子效应不同，它仅改变了漏结附近SiO2中的电荷分布。,6,7,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，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。,8,应力的定义： 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、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。 特征寿命： 满足 的 称为特征寿命。,9
3、,集成电路失效分析的基本原则： 先调查、了解与失效有关的情况(器件类型、实效现象、应力条件等) ，后分析失效器件。 先做外部分析，后做内部(解剖)分析。 先做非破坏分析，后做破坏分析。,10,画出浴盆曲线，解释其每一段的含义(也可举例说明) ，并描述偶然失效期的数学模型：,11,偶然失效期的数学模型： 是指数函数，其失效概率密度为：可靠度为：失效率为：,12,f(t),t,R(t),t,(t),t,失效概率密度,可靠度,失效率,13,闩锁效应： 是指在芯片的电源和地之间存在一个低阻抗寄生的BJT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，甚至烧毁电路的现象。,14,二次击
4、穿： 当器件被偏置在某一特殊工作点时，电压突然降落，电流突然上升，出现负阻的物理现象叫二次击穿。(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，有过量电流流过PN结，温度很高，使PN结烧毁。(雪崩击穿是一次击穿 ),15,二次击穿(BJT),发射结反偏(R),发射结正偏(F),基极开路(O),16,故障树分析法： 在系统设计过程中，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，以提高系统可靠性的一种设计分析方法。,17,2.简 答 题
5、,可靠性数学模型的定义和种类? 及它们之间的区别? 从数学上建立可靠性框图与时间、事件和故障率数据的关系；这种模型的“解”就是所预计的产品可靠性。 种类： 基本可靠性模型和任务可靠性模型 区别：,18,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发生故障所引起的维修及保障要求的可靠性模型。 是全串联模型； 储备单元越多，系统的基本可靠性（无故障持续时间和概率）越低。,19,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预定作用，用以度量工作有效性的一种可靠性模型。 系统中储备单元越多，则其任
6、务可靠性越高。,20,软误差的改进措施? 提高封装材料的纯度，减少粒子来源。 在芯片表面涂阻挡层，如用聚酸亚胺树脂涂敷芯片，形成对粒子的屏蔽层。 在器件设计方面应考虑防止电子空穴对在有源区聚集。 在电路和系统方面设法采用纠错电路。,21,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、界面陷阱电荷、氧化层陷阱电荷。,22,Na+对器件电性能及可靠性的影响? 降低了pn 结击穿电压，增加了反向漏电流； 引起晶体管电流增益hFE的漂移。 可靠性设计的基本内容 ? 线路可靠性设计； 版图可靠性设计； 工艺可靠性设计； 封装结构可靠性设计。,23,用钝化法防离子沾污的几种措施? 磷硅玻璃（
7、PSG）钝化； Na+在PSG中的溶解度比在SiO2层中高三个数量级； PSG还能固定Na+ 。 氮化硅（Si3N4）钝化； 对Na+等杂质有阻挡作用，抗Na+沾污能力极强； 介电常数大，可提高MOS器件的跨导、降低阈值电压； 抗辐射能力强。 三氧化二铝（ Al2O3 ）钝化。,24,降低氧化层电荷的措施? “无钠” SiO2的生长； 采取各种防Na+等其它离子的沾污的措施； 以钝化为主 对硅材料选用(100)晶向，使固定氧化层电荷及界面陷阱电荷最小； 氧化层生长后进行适当高温处理，以降低固定氧化层电荷和界面陷阱电荷；,25,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； 改善栅氧化
8、层质量； 在电路和版图设计上采取适当措施。 MOS场效应管电离辐射效应的主要表现? 阈值电压Vth和平带电压VFB发生漂移； MOS器件的C-V曲线发生变化，产生畸变。,26,提高互连线抗电迁移能力的方法? 减小电流密度J； 降低薄膜温度T； 降低常数C； 增加薄膜宽度W和厚度d； 增大薄膜中离子扩散的激活能Q。 如介质覆盖效应,27,MOS管栅氧击穿的种类及所采取措施? 种类： 瞬时击穿和经时击穿 (TDDB) 控制原材料硅中的C、O2等微量杂质的含量，防止Na+、灰尘微粒等沾污； 用CVD生长SiO2或掺氮氧化以改进栅氧质量标准； 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。
9、,28,为避免闩锁效应所采用的的几种措施? 增加基区宽度； 即增加NMOS与PMOS之间的间距 使用可以吸收注入电荷的保护环； 防止双极晶体管起作用 深槽隔离。,29,3.填 空 题,30,31,4.计 算 题,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500小时的工作时间内有20%故障。试求其平均寿命、中位寿命t0.5和t0.9。 解：,32,假设在完成一项任务过程中，某产品需要循环动作100次，而且其故障率cy=5次故障/106循环。求:其可靠度RC ?解：,33,故障树定量分析,与门：或门：,1:底事件发生 0:底事件不发生,顶事件的故障率?,或门,与门,求出系统的最小割集?,34,概率重要度,概率重要度概念： 第i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：,35,已知：1=0.001/h, 2=0.002/h, 3=0.003/h试求：当 t=100h 时各部件的概率重要度? 解：,或门,与门,36,
