摘要：集成电路是半导体器件中较为重要的一类，使用集成电路的电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。随着集成电路的发展和应用，对其的使用要求也在逐渐提高。现在要求集成电路能够在高温、高压、高频、辐射强以及大功率的环境正常运行。因此，对半导体集成电路可靠性测试也成了很重要的一部分。本文对半导体集成电路可靠性进行分析，进而探讨了半导体集成电路可靠性测试以及数据的处理方法。
关键词：半导体集成电路；可靠性测试；数据处理
一、半导体集成电路可靠性分析
1.半导体可靠性
集成电路是半导体构件中十分重要的组成部分，现在的集成电路具有高效率、低能耗、高精度等特点，集成度也有了明显的提高。对于集成电路的研究尺寸渐渐趋向小工艺特点，提升构件二维效应进而提高内部的电流与电场密度，提升电路性敏感性。伴随着集成电路的研发，能够应用在恶劣环境下，可以应对高温、高压、高频条件下，半导体集成电路可靠性问题日益显著。
2.集成电路技术可靠性评级和控制
在产品提高可靠性的过程中，可以采取的主要措施和途径之一就是对制造工艺可靠性的研究，这也是研究产品可靠性的重要环节。控制与评价技术的可靠性分析利用了较高的技术可靠性，这样为原产品可靠性提供了保障，成为分析的落脚点。技术分析中，关于有关失效机理在各种状态下设置微电子检测结构，同时展开加速度检测确保得出有关数据。检测结构中将产品可靠性标准与其标准之问的关系连接在一起，进行技术可靠性判定。讨论分析中，载体利用的集成电路生产线来源于国内控制，在集成电路生产线前提下展开适用可靠性与评价形式分析。同时，在封装级与圆片级的LR条件下建立技术可靠性评价平台，将其与SPC与PCM平台进行有效连接，在半导体集成中建立完善的技术可靠性控制与评价机制，让集成电路的技术从根本上确保质量与可靠性。
3.半导体器件可靠性寿命评价
半导体器件作为各类电子设备的基本组成元器件，它的可靠性决定着整个设备的性能是否稳定。因此，可靠性技术发展的作用十分重要，产品可靠性的检测便随着半导体器件生产和设计的全过程。对于半导体器件的可靠性评价其实就是采用可靠性评价方法，具体来说借助模拟仿真软件和相关的数据统计工具来分析半导体器件的有效率、可靠性质量等级以及寿命周期等。其中，寿命周期是其可靠性表征的关键指标之一，同时它也是可靠性评价中至关重要的环节之一。具体操作如下：选择的像军用产品这种具有高度的可靠性的模拟集成电路，针对其特点研究其加速寿命试验技术，要在与军用集成电路适用的基础上，重点研究可以预测产品可靠性适用寿命周期的灰色理论预测方法、回归分析预测方法、时间序列分析方法以及人工神经网络预测方法等。同时，把用户反馈得到的产品相关数据以及试验得到的数据充分利用起来，在器件可靠性综合评价的研究过程中对贝叶斯方法进行探讨，并通过蒙特卡洛仿真方法的应用对器件可靠性预测的标准方法进行积极的研究，使军用或航天等单位定量评估集成电路可靠性使用寿命周期的型号需求得到最大限度的满足。
二、半导体集成电路可靠性测试
可靠性工程必须结合当代科学技术，系统的对产品功能进行测量，同时运用专门性的技术手段以降低产品的故障率，最终确保系统运行顺利。在集成电路的晶圆级可靠性测试中，目前最常采用的测试类别主要是栅氧化层测试法、电迁移测试等一些相关的测试项目。
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1.栅氧化层测试以及数据处理方法
在集成电路的制造中，栅氧化层是不可或缺的条件之一。栅氧化层的厚度会随着器件体积而扩大，以及集成电路规模的减小而不断减小。同时，起着重要作用的栅氧化层可靠性问题也应十分重视，其中较为常见的问题是栅氧化层的缺陷密度以及介质穿击问题。栅氧化层的可靠性测试主要是在同一时间内有联系介质的穿击测试和斜坡电压测试。其中，斜坡电压测试是指在栅极的上面加线性斜坡电压，一直到该电压将氧化层击穿为止。斜坡电流测试和斜坡电压的测试略有区别，是把一定指数的斜坡电流加在栅极之上，直到能够击穿氧化层为止。斜坡电业测试和斜坡电流测试均是为了测量出栅氧化层缺陷密度的。例如，在斜坡电压测试当中，一般情况下，是将斜坡电压测试规定在一定的电压标准之内，如果出现测试样本被击穿时的电压小于事先设定的电压标准的情况，就能够认定这是由于氧化层中有一定的缺陷导致的，并能够进一步认定该栅氧化层是没有效果的。如果依照JESD35中的标准而言，缺陷密度用基于Poisson分布的成品率公式来得到：Y=e^（-DoA）其中，Y表示成品率，这也可以认为是（有效样品数）/（总测试样品数）而A则代表受测样品的面积，Do代表所需计算出来的缺陷密度。在利用斜坡电流和斜坡电压对成品经过大量的测试后，应当算出Y的数值（成品率，并进一步利用A的数值（测试样品面积）得出Do（缺陷密度值。一旦Do的数值越过了设置标准，这种情况下的测试就是失败的。
另一个，则是介质击穿的实验。介质击穿测试如下：首先在栅极加以小于栅氧化层的本征击穿场强，这并不能造成本征击穿，可由于施加电应力的过程当中氧化层出现了一定的缺陷，这种情况下，经过一段时间以后就会出现击穿现象了。相同时间下相关栅氧介质的击穿被看作是限制集成电路可靠性评定的重要因素，一般情况下击穿现象是氧化硅当的电场超过限制，电流过高，才造成的电荷累积反应。现阶段，把整个氧化层被击穿的过程分为两个主要阶段，他们分别是构建磨损阶段和击穿阶段。其中，构建磨损阶段当中，二氧化硅的界面存在于电应力的运作之下，其中的缺陷就会不断累积。当累积数值达到一定量时，某些部分的缺陷数就会到达一定的临界值，并由量变产生质变，一举进入击穿阶段。当进入击穿阶段之后，电、热的双重作用之下，就会迅速的将氧化层击穿。因此，构建磨损阶段持续时间的长短决定了栅氧介质击破测试的年限。
2.电迁移测试以及处理方法
金属相互连线的电迁移情况通常都是按照集成规模的扩展速度不断变化，其集成器件的体积不断缩减，户连线电流密度不断提高，在电迁移的测试逐步开始占据了非常关键的地位。在物理现象中集成电路中的电迁移现象详细的表达方式就是，集成电路的不同器件在实际生产和实验的过程中，金属之间的互连线中有的电流通过，其中金属阳离子会根据导体的质量的进行电子的传输，这可以使得导体的某些空间出现空洞现象和小丘等不同的物理现象。集成电路中的的电迁移现象在实际中大多数都是在“强电子风”的影响和作用下进行的，当电子从负极流向电源的正极的时候，会受到一定的能量碰撞，其中的金属阳离子可以先正极不断的移动，而负极则产生一些空的穴位，在这个过程中不断地进行增加和积累，可以让金属形成短路，同时由于正极的金属离子的累积作用而使得出现晶须现象，而且有非常大的概率使得周边的金属线发生短路的现象。
往往在电迁移的实验和测试中我们常常让样品在不同的压力和温度条件下进行恒定的加速的物理测试实验。这往往是加速过程中应力测试不应当更改器件的失效的机理，正常水平下不同应力条件下Lognormal的分布以及对数标准差是往往是相等的。有了不同的应力条件下不同的样品的使用年限数据，再根据Lognormal分布的估算方法和标准就可以得到同应力下的中位寿命，进而利用加速运动的物理模型就可以得到在正常情况下电迁移寿命分布的实际情况，然后得到不同的累积失效率情况下使用寿命的初步判断。
参考文献：
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[3]孙金凯.半导体集成电路产业技术现状及发展前景[J]. 黑龙江科技信息. 2016（09）
论文作者:董英伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/28
标签：可靠性论文; 集成电路论文; 测试论文; 斜坡论文; 半导体论文; 方法论文; 电压论文; 《基层建设》2018年第8期论文;