半導(dǎo)體集成電路可靠性測(cè)試的內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理方法的介紹
發(fā)布時(shí)間:2022-01-06
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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
當(dāng)前,使用被動(dòng)篩選的方式是我國(guó)國(guó)內(nèi)檢驗(yàn)半導(dǎo)體可靠性的重要方法,然而這種方法需要投入大量人力物力,利用原始的人工篩選方式將可靠性不達(dá)標(biāo)的半導(dǎo)體篩選出來(lái),效率極低。同時(shí)這種方法耗時(shí)長(zhǎng)、成本高,最重要的是,這種方法無(wú)法從根本上提高半導(dǎo)體的可靠性。
因此,當(dāng)前需要知道在什么條件下才能制作出可靠性能高的半導(dǎo)體,從而進(jìn)一步避免半導(dǎo)體使用過(guò)程中發(fā)生失效。這就要求我們綜合考慮制作周期、制作工藝、制作條件對(duì)半導(dǎo)體可靠性能的影響,通過(guò)科學(xué)的數(shù)據(jù)分析對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.2半導(dǎo)體集成電路工藝的可靠性
如果想最大限度的提高半導(dǎo)體集成電路的可靠性,采用的主要方法就是加強(qiáng)對(duì)制造工藝的研究,這個(gè)研究是可靠性測(cè)試提升的關(guān)鍵。在半導(dǎo)體集成電路可靠性測(cè)試的研究中,分析制造工藝能夠在哪些方面影響半導(dǎo)體集成電路可靠性的使用,保證可靠性測(cè)試的工藝是有在進(jìn)行重要的監(jiān)測(cè)與控制,構(gòu)造集成電路產(chǎn)品可靠性測(cè)試的評(píng)價(jià)規(guī)范程序和方法,這些工作都是能夠保障半導(dǎo)體集成電路可靠性測(cè)試的研究。
因此,要保證產(chǎn)品實(shí)物的可靠性,就必須要保證生產(chǎn)工藝的可靠性。在研究評(píng)價(jià)制造工藝的可靠性中,半導(dǎo)體集成電路可靠性對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量以及使用時(shí)間有著重要的影響,集成電路生產(chǎn)工藝的可靠性同樣重要,兩者共同點(diǎn)都是以高標(biāo)準(zhǔn)的制作工藝作為基礎(chǔ),以此來(lái)保證半導(dǎo)體集成電路成品的可靠性。
2.注入熱載流的測(cè)試技術(shù)和處理數(shù)據(jù)方法
2.1注入熱載流子的測(cè)試
在評(píng)估半導(dǎo)體式集成電路可靠性測(cè)試中,在晶圓級(jí)別注入熱載流子的測(cè)試是一項(xiàng)重要內(nèi)容,對(duì)熱載流子的測(cè)試主要利用的是實(shí)際能量和變焦費(fèi)米能級(jí)。半導(dǎo)體式集成電路的器件中,源電壓遺漏之所以會(huì)出現(xiàn)載流子的漏電極限,主要因?yàn)樵诼┒酥車(chē)懈唠妶?chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn),一旦載流子進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)范圍中,高能的能量子就變成熱載流子,且電子在碰撞中熱載流子會(huì)發(fā)生新電子的空穴對(duì),深化電離反應(yīng)。
在熱載流子的數(shù)量增加時(shí),能量也增多。在電離反應(yīng)中,熱載流子開(kāi)展測(cè)試要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的電應(yīng)力,測(cè)量不同電性參數(shù)的具體數(shù)值。
2.2處理數(shù)據(jù)的方法
半導(dǎo)體式集成電路的元器件中,對(duì)測(cè)試熱載流子的過(guò)程、處理熱載流子數(shù)據(jù)的手段有標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定。通常情況下,變化量的電性參數(shù)會(huì)隨著時(shí)間變化,并逐漸演變?yōu)閮绾瘮?shù)關(guān)系,其表達(dá)式為Y(f) =Ctn.Y(t)可以表示隨時(shí)間變化,電性參數(shù)出現(xiàn)相應(yīng)變化,其計(jì)算公式為:Y(t) =P(t) -P(0)/P(0)
式中:P(0)為參數(shù)原始數(shù)據(jù);P(t)為t時(shí)刻電性參數(shù)發(fā)生的演變量。此外,選擇數(shù)字來(lái)表示記錄電性參數(shù)的時(shí)間間隔,比如10s、20s。在測(cè)試熱載流子中,半導(dǎo)體式集成電路的器件通過(guò)處理數(shù)據(jù),獲取熱載流子的測(cè)試數(shù)據(jù),公式為lnY(f) =nInt+lnC,針對(duì)所得計(jì)算出參數(shù)n和c的具體數(shù)值。
通常情況下,在做完熱載流子的試驗(yàn)后,在對(duì)有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理的過(guò)程中,要依據(jù)預(yù)定參數(shù)的數(shù)值深入計(jì)算電性參數(shù)發(fā)生的變化量,一直到與預(yù)定的數(shù)值、時(shí)間相符。在熱載流子試驗(yàn)中,不同的樣品所需要的試驗(yàn)時(shí)間也有所不同,通過(guò)這些不同的時(shí)間能預(yù)先判斷測(cè)試熱載流子的使用周期和壽命。
熱載流子試驗(yàn)中,一般采取的壽命模型公式為:ttarId=WH (IWB/Id)式中:H為擬合的線性參數(shù);IWB為襯底電流;Id為漏電流;W為柵寬度。

3.測(cè)試柵氧化層的技術(shù)和處理數(shù)據(jù)的方法
3.1斜坡電壓的測(cè)試
斜坡電壓的測(cè)試主要是在柵極上添加線性的斜坡電壓,直到電壓將氧化層擊穿。與斜坡電壓的測(cè)試不同,斜坡電流的測(cè)試主要是將一定指數(shù)的斜坡電流添加到柵極上面,一直到擊穿養(yǎng)護(hù)層。斜坡電壓測(cè)試和斜坡電流測(cè)試都是測(cè)量柵氧化層在缺陷時(shí),其密度情況。
通常斜坡電壓測(cè)試要在電壓的一定范圍中開(kāi)展。如果氧化層被電壓擊穿,則電壓小于設(shè)定電壓,證明氧化層出現(xiàn)了缺陷,同時(shí)能確定柵養(yǎng)護(hù)層處于無(wú)效狀態(tài)。以 Poisso分布為前提的成品率公式能利用公式將相應(yīng)缺陷密度計(jì)算出來(lái),其中,Y為成品率,即有效樣品在總測(cè)試樣品中所占的比例;A為受測(cè)樣品的面積;Do為缺陷密度。
在利用電壓和斜坡電流大量測(cè)試過(guò)成本后,利用計(jì)算公式得到成品率,同時(shí)借測(cè)試樣本的面積計(jì)算缺陷密度。如果缺陷密度不符合設(shè)置標(biāo)準(zhǔn),就代表測(cè)試失敗。
3.2介質(zhì)擊穿實(shí)驗(yàn)
介質(zhì)擊穿就是時(shí)間有關(guān)的介質(zhì)擊穿,其測(cè)試流程主要為:在柵極上加本征擊穿的場(chǎng)強(qiáng),保證該場(chǎng)強(qiáng)比柵氧化層小,則不會(huì)出現(xiàn)本征擊穿。但因電應(yīng)力施加中氧化層會(huì)出現(xiàn)缺陷,一段時(shí)間后會(huì)有擊穿現(xiàn)象出現(xiàn)。
在對(duì)集成電路可靠性測(cè)試進(jìn)行評(píng)定時(shí),主要限制因素是同樣時(shí)間下柵氧介質(zhì)發(fā)生的擊穿。通常電流過(guò)高會(huì)造成電荷發(fā)生累積反應(yīng),氧化硅的電場(chǎng)超出限制,導(dǎo)致?lián)舸┈F(xiàn)象出現(xiàn)。
以上就是關(guān)于半導(dǎo)體集成電路可靠性測(cè)試及數(shù)據(jù)處理的方法介紹,希望對(duì)大家有所幫助。
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