集成電路可靠性測(cè)試常見數(shù)據(jù)處理方法

集成電路產(chǎn)業(yè)作為信息產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。以硅基單片數(shù)字為標(biāo)志的超大規(guī)模集成電路體積不斷縮減，電路結(jié)構(gòu)以及制造工藝愈加繁雜。其可靠性受到工藝誤差以及相關(guān)因素的影響也開始加重?？煽啃怨こ瘫仨氝\(yùn)用當(dāng)前的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行系統(tǒng)考量，運(yùn)用專門性的技術(shù)手段，降低產(chǎn)品故障率，最終確保系統(tǒng)運(yùn)行良好。在集成電路的晶圓級(jí)可靠性測(cè)試中，使用非常普遍的測(cè)試類別主要是熱載流注入測(cè)試、電遷移測(cè)試等等其他一些相關(guān)的測(cè)試項(xiàng)目。

柵氧化層測(cè)試技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法

在徹造集成電路的過程中，柵氧化層起到相當(dāng)關(guān)鍵的作用，隨著不斷擴(kuò)大的集成電路規(guī)模，其厚度也不斷增加，同時(shí)對(duì)著不斷減小的器件體積提厚度也在不斷減小。因?yàn)闁叛趸瘜拥年P(guān)鍵地位，其可靠性問題也得到了極大的關(guān)注，在遇到的問題中較為常見的是柵氧化層的介質(zhì)穿擊和缺陷密度等問題。針對(duì)柵氧化層開展的可靠性測(cè)試一般是在同一個(gè)時(shí)間結(jié)點(diǎn)以聯(lián)系介質(zhì)為對(duì)象進(jìn)行斜坡電壓測(cè)試和穿擊測(cè)試。

1、斜坡電壓測(cè)試

在可靠性測(cè)試中，斜坡電壓測(cè)試是把線性斜坡電壓添加到柵極上，直至電壓擊穿氧化層。不同于斜坡電壓測(cè)試，斜坡電流測(cè)試是在柵極上通過一定指數(shù)斜坡電流的添加，直至把氧化層擊穿。這兩種測(cè)試方法都是對(duì)柵氧化層缺陷密度進(jìn)行測(cè)量的。比如，在一般情況下，對(duì)斜坡電壓的測(cè)試，是在一定電壓標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)開展的，如果電壓擊穿氧化層時(shí)的電壓比設(shè)定的電壓標(biāo)準(zhǔn)要小，就可以認(rèn)為氧化層中具有缺陷，并進(jìn)一步可以確認(rèn)冊(cè)氧化層是無(wú)效的。在JESD35標(biāo)準(zhǔn)中，在Poisson分布基礎(chǔ)上的成品率公式可以計(jì)算得出相應(yīng)的缺陷密度：Y=e-DoA，其中，成品率用Y來(lái)表示，也即是有效樣品與總測(cè)試樣品的比率，受測(cè)樣品面積用A表示，缺陷密度用Do表示。對(duì)成本經(jīng)過斜坡電流和電壓的大量測(cè)試之后，通過計(jì)算可以得出成品率數(shù)值，并利用測(cè)試樣本面積對(duì)缺陷密度進(jìn)行計(jì)算。一旦缺陷密度與設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)不符，就認(rèn)定測(cè)試失敗。

2、介質(zhì)擊穿的實(shí)驗(yàn)

時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿也既為介質(zhì)擊穿實(shí)驗(yàn)。其測(cè)試步驟為：把比柵氧化層小的本征加到柵極之上，對(duì)然不能導(dǎo)致本征擊穿，但是氧化層在電應(yīng)力的事假過程中有一定的缺陷出現(xiàn)，在這種情況下，擊穿現(xiàn)象會(huì)在一段時(shí)間之后出現(xiàn)。在評(píng)定集成電路可靠性測(cè)試的過程中，棚氧介質(zhì)在相同時(shí)間下的擊穿是其主要限制因素，一般而言，氧化硅電場(chǎng)超限，由于過高的電流導(dǎo)致電荷累積反應(yīng)才會(huì)造成擊穿現(xiàn)象的出現(xiàn)。在目前，氧化層的擊穿主要分為兩個(gè)階段：構(gòu)建磨損和擊穿。在構(gòu)建磨損階段，在電應(yīng)力運(yùn)作之下的二氧化硅界面會(huì)不斷累積其中的缺陷，當(dāng)量變引起質(zhì)量時(shí)，有一些缺陷數(shù)會(huì)率先到達(dá)臨界值，進(jìn)入擊穿階段，并基于電熱的雙重反應(yīng)，迅速擊穿氧化層。所以棚氧化層擊穿測(cè)試的時(shí)間和周期是由第一個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間決定的。

熱載流子注入技術(shù)與數(shù)據(jù)處理

1、熱載流子注入測(cè)試

在集成電路可靠性測(cè)試內(nèi)，晶圓級(jí)別檢測(cè)的主要作用是進(jìn)行特載流子注入檢測(cè)。利用變焦費(fèi)米能級(jí)與實(shí)際量進(jìn)行熱載流子檢測(cè)。在集成電路構(gòu)件內(nèi)，利用過源電壓遺漏出現(xiàn)的載流子漏電極限，主要因?yàn)樵谳^大電場(chǎng)強(qiáng)度遺漏四周，載流子流入較大電場(chǎng)范圍下，高能能量子就會(huì)轉(zhuǎn)到熱載流子。同時(shí)，利用電子的相互撞擊讓熱載流子產(chǎn)生的電子空穴使電力更深度的產(chǎn)生。

2、數(shù)據(jù)處理

集成構(gòu)建內(nèi)，根據(jù)有關(guān)要求對(duì)熱載流子的數(shù)據(jù)處理方法與全部檢測(cè)階段進(jìn)行了明確規(guī)定。例如：1.8V為MOS管的工作電壓，stress電壓區(qū)間在2--3V。通常狀況下分析，結(jié)合時(shí)間變化量數(shù)值將專項(xiàng)冪函數(shù)。通常情況下，熱載流子檢測(cè)后，需要根據(jù)預(yù)定的參數(shù)進(jìn)行電性數(shù)值變化量計(jì)算，進(jìn)而得出預(yù)定時(shí)間與參數(shù)。

電遷移測(cè)試以及處理方法

金屬相互連線的電遷移情況通常都是按照集成規(guī)模的擴(kuò)展速度不斷變化，其集成器件的體積不斷縮減，戶連線電流密度不斷提高，在電遷移的測(cè)試逐步開始占據(jù)了非常關(guān)鍵的地位。在物理現(xiàn)象中集成電路中的電遷移現(xiàn)象詳細(xì)的表達(dá)方式就是，集成電路的不同器件在實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)的過程中，金屬之間的互連線中有的電流通過，其中金屬陽(yáng)離子會(huì)根據(jù)導(dǎo)體的質(zhì)量的進(jìn)行電子的傳輸，這可以使得導(dǎo)體的某些空間出現(xiàn)空洞現(xiàn)象和小丘等不同的物理現(xiàn)象。集成電路中的的電遷移現(xiàn)象在實(shí)際中天多數(shù)都是在“強(qiáng)電子風(fēng)”的影響和作用下進(jìn)行的，當(dāng)電子從負(fù)極流向電源的正極的時(shí)候，會(huì)受到一定的能量碰撞，其中的金屬陽(yáng)離子可以先正極不斷的移動(dòng)，而負(fù)極則產(chǎn)生一些空的穴位，在這個(gè)過程中不斷地進(jìn)行增加和積累，可以讓金屬形成短路，同時(shí)由于正極的金屬離子的累積作用而使得出現(xiàn)晶須現(xiàn)象，而且有非常天的概率使得周邊的金屬線發(fā)生短路的現(xiàn)象。

往往在電遷移的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試中我們常常讓樣品在不同的壓力和溫度條件下進(jìn)行恒定的加速的物理測(cè)試實(shí)驗(yàn)。這往往是加速過程中應(yīng)力測(cè)試不應(yīng)當(dāng)更改器件的失效的機(jī)理，正常水平下不同應(yīng)力條件下Lognormal的分布以及對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差是往往是相等的。有了不同的應(yīng)力條件下不同的樣品的使用年限數(shù)據(jù)，再根據(jù)Lognormal分布的估算方法和標(biāo)準(zhǔn)就可以得到同應(yīng)力下的中位壽命，進(jìn)而利用加速運(yùn)動(dòng)的物理模型就可以得到在正常情況下電遷移壽命分布的實(shí)際情況，然后得到不同的累積失效率情況下使用壽命的初步判斷。

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