半導體集成電路可靠性測試及數(shù)據(jù)處理方法分析研究

捷捷半導體有限公司 錢清友 江林華

半導體產(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。隨著高新技術的發(fā)展，普通半導體集成電路的技術也需要進行一定的改進，比如，研究人員需要提高半導體的集成度以適應普通半導體集成電路的線寬逐漸減小的情況。既要保證半導體的集成度又要減小線寬，這就需要提升產(chǎn)品可靠性的要求。針對以上問題，本文將分類介紹如何測試半導體集成電路的可靠性，并針對性地分析熱載流子注入測試和柵氧化層測試兩種數(shù)據(jù)處理方法。

半導體集成電路是現(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，科學技術的迅猛發(fā)展，推動電子信息技術行業(yè)不斷向前。所以，半導體集成電路性能方面的提升逐漸成為該行業(yè)的關注點，并對此提出了更高的要求。在促進半導體集成電路發(fā)展的同時，產(chǎn)品質(zhì)量要求需達到更高的基本標準。對比之前的技術和加工過程，現(xiàn)代的產(chǎn)品制作工序更加復雜，技術更加精細。所以，為保障產(chǎn)品能達到預期的可靠性要求和節(jié)省成本的目標，對電路的可靠性進行科學的檢測是十分必要的。

1 半導體集成電路的可靠性測試

1.1 半導體的可靠性

半導體可靠性檢測是產(chǎn)品投入使用前必經(jīng)的完善程序。我國現(xiàn)在采取被動篩選的方法對半導體進行分析檢測，以明確產(chǎn)品的可靠性。這種檢測方式操作基礎，還需要大量的資金支持和人員投入才能實現(xiàn)。而且，這種方法并不能準確的檢測出符合可靠性要求的產(chǎn)品，既浪費人力財力，又缺少對結(jié)果準確性的保障?？梢?，被動篩選的方法不能滿足半導體可靠性檢測的實際需要。為彌補這一劣勢，半導體的研究開發(fā)人員需要掌握高可靠性半導體的生產(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。進而保證半導體的質(zhì)量和工作狀態(tài)的可靠性。同時，在進行可靠性檢測時，要結(jié)合科學合理的數(shù)據(jù)分析，以實際情況為參考依據(jù)，不斷改進相關技術，提升半導體產(chǎn)品的可靠性。

1.2 半導體集成電路工藝的可靠性

為了最大化的提高半導體電路的可靠性，需要產(chǎn)品研究人員在現(xiàn)有生產(chǎn)技術的基礎上，不斷進行技術突破以改進制造工序，學習國內(nèi)外先進理論和實踐知識，同時引進半導體科研方向的優(yōu)秀人才和團隊，作為提升半導體生產(chǎn)技術和可靠性的基本保障。要想改善集成電路的生產(chǎn)現(xiàn)狀，重要的一點是要掌握影響半導體可靠性的因素有哪些，從而在生產(chǎn)過程中對這些因素進行必要的規(guī)避，以實現(xiàn)對半導體集成電路可靠性的實時監(jiān)測。同時，以產(chǎn)品標準程序、產(chǎn)品數(shù)據(jù)等相關指標為輔助檢測手段來保障產(chǎn)品的可靠性。當然，半導體產(chǎn)品的制造過程也需要進行研究和評估，其中重要的兩個評估要點是產(chǎn)品使用周期和質(zhì)量合格標準。因為，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品壽命直接影響用戶體驗。為滿足客戶需求，就需要對產(chǎn)品可靠性提出更嚴苛的要求。在產(chǎn)品制造過程中，微電子結(jié)構(gòu)的設計與制作過程是十分重要的，要全程進行可靠性監(jiān)測，同時要保證產(chǎn)品試驗測試數(shù)據(jù)的時效性和可靠性，另外，通過仿真的方法對產(chǎn)品的質(zhì)量進行測定，以保證半導體的工作狀態(tài)和運行良好。經(jīng)過一系列的檢測手段和測定方法可以對半導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)過存儲運輸?shù)牟襟E，選擇密封處理、謹慎搬運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 評價半導體元件可靠性保持的時間

隨著現(xiàn)代化的到來，半導體在人類生活起居中扮演著重要的角色，通過加工包裝，它逐漸成為現(xiàn)代化生活的必備產(chǎn)品。但是，半導體質(zhì)量也有自身的評估標準，高可靠性的半導體是保障后期產(chǎn)品運行暢通的決定性因素?，F(xiàn)代化時代的人們越來越依賴電子產(chǎn)品，而半導體集成電路是電子產(chǎn)品的基礎組成部件，為便利人們生活，更好的服務消費群體，提升半導體的可靠性，加大對生產(chǎn)技術的研究是十分必要的。通常情況下，工作人員會采取可靠性評估的方法對產(chǎn)品進行質(zhì)量等方面的評估，其主要手段是采取模擬化的方法進行產(chǎn)品應用，對產(chǎn)品的運行狀況做詳細的記錄，運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，針對半導體的運行狀況進行分析進而得出產(chǎn)品整體的可靠性指數(shù)。在分析過程中要格外加重對半導體使用壽命的檢測分析，因為，用戶對產(chǎn)品的使用感受一般會通過使用周期給出簡單的評判，為保障用戶體驗的優(yōu)質(zhì)性，可以適當減緩運行速度，來提升產(chǎn)品的使用期限，當然，半導體的使用壽命一定程度上會受到應用環(huán)境的影響，所以，在成品中附加使用說明和注意事項是保障產(chǎn)品可靠性的重要方法。

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

2.1 注入熱載流子的測試

可靠性是評估半導體集成電路好壞的重要指標，為得到準確的測試數(shù)據(jù)，一般會選擇注入熱載流的測試數(shù)據(jù)技術，對可靠性進行具體詳細的分析和測定。在生產(chǎn)半導體時要著重注意監(jiān)測進行測試時所增加的熱載流子，并且要加強對于半導體的能量下費米能級進行觀測，記錄能量級的變化。因為能量級的波動代表電場的變化，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)生高強度的電場。當載流子進入該電場時，在強電場的加工后，會變成熱載流子，從而產(chǎn)生新的電子空穴對。以上載流子的變化狀況就是間接地對集成電路可靠性地反映。在強電場的作用下，載流子通過電離加快的反應提升自己的能量，通過一段時間的緩沖后，進入穩(wěn)定狀態(tài)。通過這種方式，保證載流子的穩(wěn)定性，進而得到集成電路的可靠性。

2.2 數(shù)據(jù)的處理方法

熱載流子實驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要進一步的加工處理，一般情況下處理的流程是簡單統(tǒng)一的。實驗表達式是一個冪函數(shù)，實驗中的電學性質(zhì)與時間是成正比的轉(zhuǎn)換量。當然，計數(shù)形式要統(tǒng)一采用阿拉伯數(shù)字進行記錄，單位標注要明確，比如，1s、2s、1min等。熱載流子試驗的優(yōu)點之一是可以通過多種方法獲得實驗數(shù)據(jù)和相關測試參數(shù)，在獲得數(shù)據(jù)之后，通過必備的數(shù)據(jù)整理程序，進行數(shù)據(jù)分析處理，通過對比原有實驗參數(shù)和當前獲得的實驗相關數(shù)據(jù)，檢測試驗數(shù)據(jù)是否符合預設參數(shù)。在實驗數(shù)據(jù)比對過程中，要詳細的記錄兩組數(shù)據(jù)之間的差異，通過數(shù)據(jù)特征得出相關實驗結(jié)論，進而確定電路的可靠性。對比其他熱載體實驗，根據(jù)不同樣品的自身特點，要選擇相應的測試方法。不同的時間內(nèi)通過測量熱載流子獲取的數(shù)據(jù)更加具有客觀性。

3 測試柵氧化層的技術和處理數(shù)據(jù)方法

柵極氧化物在半導體集成電路制造過程中具有決定性作用。通過研究發(fā)現(xiàn)，集成電路的規(guī)模與其厚度成正相關的關系，但是，隨著產(chǎn)品部件質(zhì)量的降低，集成電路的厚度會有所減小。所以，在產(chǎn)品加工時要時刻注意柵極氧化物產(chǎn)品的可靠性，若在對柵極氧化物的監(jiān)測有疏忽，很可能會造成電介質(zhì)擊穿和缺陷密度的嚴重問題。為降低這種風險，要以每個個體為對象，對整體進行擊穿測試和斜坡電壓測試。

3.1 斜坡電壓的測試

斜坡電壓測試是另一種測試方法，因數(shù)據(jù)較龐大，并且在實驗過程中柵極氧化層會出現(xiàn)一些缺陷和突發(fā)狀況，所以，一般會引入和泊松分布對缺陷進行估算。斜坡電壓測試法一般是將斜坡電壓加入到電網(wǎng)的線性方向上實現(xiàn)的，然后，通過規(guī)律性的增加電壓強度，記錄發(fā)生擊穿現(xiàn)象時的電壓數(shù)據(jù)。對比斜坡電流測試原理，二者的區(qū)別比較明顯，后者在電網(wǎng)的線性方向上增加的是斜坡電流。隨著電流的增加，會出現(xiàn)分解固化層的現(xiàn)象。除此之外，二者都是斜率試驗，都以研究在有缺陷的條件下，柵級氧化層密度的變化情況為中心點。通過根據(jù)擊穿時的電壓數(shù)據(jù)，來判定氧化層的耐受電壓值，同時可以得出柵極氧化層存在缺陷或不能正常運行的電壓值。當然，為增加實驗的可信度，可對缺陷面積密度進行估算，通過對比合理偏移范圍來判斷設計的合理性。

3.2 介質(zhì)擊穿實驗

電介質(zhì)擊穿即在集成電路電場的作用下，電介質(zhì)喪失電絕緣能力，突變?yōu)榱紝щ姮F(xiàn)象。在進行實驗測試時，要向電網(wǎng)中施加可承受范圍內(nèi)的磁場，盡量降低發(fā)生內(nèi)部擊穿的可能性。但是，氧化物層一般會出現(xiàn)一定程度的缺陷，經(jīng)過一段時間的磁場施加后，仍然會出現(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，在進行可靠性檢測時，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：可靠性是評判半導體集成電路產(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間和條件作為試驗環(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，需要設計研究人員加強集成電路產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的可靠性監(jiān)測，設計多種合理的檢測方法。結(jié)合高效的數(shù)據(jù)整理手段和處理方法，利用現(xiàn)代化技術進行產(chǎn)品可靠性評估。