齐纳二极管早期失效的研究

摘要

随着集成电路的大量应用和产品竞争的日益激烈，产品的早期失效越来越受到人们的重视。本论文以实际生产制造中某芯片中齐纳二极管早期失效现象为研究对象，对该器件的失效模式、失效机理及解决途径进行研究。 本论文分两部分进行讨论：(1)通过老化试验对齐纳二极管进行失效分析并深入研究其失效模型。(2)从齐纳二极管结构上进行改进并通过流片试验确定各工艺条件。 齐纳二极管早期失效最初发现于集成电路产品封装后短时间的老化过程中，由于需要特定的外加条件才能使失效发生，所以在最初圆晶级及电性能测试时并未体现出来，经老化条件重复模拟后发现该失效模式存在着普遍性。经过一定时间高温上电的老化，该齐纳二极管普遍出现了击穿电压漂移的现象，但只满足高温或只满足长时间上电过程，击穿电压的漂移现象都都不发生。 我们还发现，将高温上电老化时间继续延长，则原本失效的齐纳二极管的击穿电压将会出现回漂现象，并逐渐恢复最初的击穿电压。通过研究，我们发现这种漂移现象和半导体表面可动电荷有关，并提出失效模型一可动电荷在高温及偏压条件同时具备的情况下移动到半导体表面，对表面p-n结耗尽层宽度起到调制作用并引起势垒的变化，抵消了一部分引起齐纳击穿的外加电压，并最终体现为击穿电压的漂移。当垂直于半导体表面的电场大到足以使P型半导体表面反型层中电子具备足以激发进入半导体表面氧化层时，附加电场逐渐被抵消，使齐纳二极管击穿电压发生回漂。 我们尝试寻找各种可能缓解、解决或避免齐纳管击穿电压漂移的方法后发现只有将齐纳二极管的击穿点由较容易受外部情况干扰的表面引入半导体体内制成次表面击穿二极管才能从根本解决齐纳二极管漂移的问题，为了避免齐纳管结构的修改引起其它器件的特性改变，我们进行了多次的流片试验，摸索各关键步骤注入工艺能量、剂量条件，热过程的影响，最终确定了适合特定产品的各工艺条件。

目录

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摘 要

第一章绪论

1.1引言

1.2可靠性的历史和发展

1.3齐纳击穿

1.4 8305中的齐纳管制造

第二章齐纳二极管击穿电压温偏漂移现象及其分析

2.1早期失效的发现

2.2齐纳管的早期失效

2.3分析过程与讨论

2.4芯片老化试验

2.5批量生产解决方案

2.5半导体表面特性及其对8305的影响

2.6基于半导体表面效应的失效模型

2.7本章小结

第三章工艺和结构改进对齐纳二极管击穿电压温偏漂移的影响

3.1工艺对齐纳二极管击穿电压温偏漂移的影响

3.2次表面击穿齐纳二极管

3.3最终方案与工艺条件的确定

3.4本章结论

第四章全文总结

参考文献

致谢