快速评价半导体器件可靠性的新方法

摘要

当前常规的寿命试验方法已经不能适应半导体器件快速发展的步伐，针对这一现状，本文基于序进应力加速寿命试验的研究，提出了一种新的快速评价半导体器件可靠性的方法一恒定电应力的温度斜坡法CETRM(Constant Electrical stress and Temperature Ramp stress Method)，并在理论和试验上对其进行了较为系统的研究。 对半导体器件而言，提高温度应力可以加速它的多种失效过程，因此，基于著名的Arrhenius模型，本文建立了CETRM模型。并在此模型的基础上，建立了相应的激活能提取、寿命外推、失效分布判别和失效率计算等模型。在计算过程中引入了计算机编程，大大提高了模型计算的精度；在进行失效分布判别时，结合了计算机辅助分析，使得判断分布更迅速，结论更直观。 加速寿命试验的前提是在整个的加速应力下，器件的失效机理要保持一致。然而，由于在加速条件下器件潜在的失效机理很有可能被激发出来，成为主要失效机理，使加速条件下失效机理发生改变，从而导致加速寿命试验获得的器件寿命不能代表器件的真实工作寿命。因此，进行加速寿命试验，首先要验证失效机理的一致性问题。针对这一问题，基于CETRM模型，本文提出了序进应力加速寿命试验中失效机理一致性判别模型。 设计搭建了一套完整的试验平台；提出了详细的进行温度校正的方案，结合电学法和红外技术，尽量保证试验温度的准确性；为验证CETRM加速寿命试验加速的有效性，提出一种新的方案：在失效机理一致性的温度范围内，选择一个较高温度点进行恒定电应力的加速寿命试验，得到的结果与CETRM外推这一温度点的寿命进行比较，进而验证模型的准确性；结合扫描电镜(SEM)试验的结果，对试验样品的失效机理做了初步探讨。 在做CETRM方法的误差分析时，探讨了误差的来源和误差对计算结果的影响，并给出了许多试验中减小误差的措施。在给出理想数据的基础上，着重研究了CETRM的理论误差和温度误差对结果的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1半导体器件可靠性快速评价新方法研究的背景

1.2课题研究的意义

1.3国内外研究现状

1.4本课题的主要研究内容

第2章CETRM方法的理论模型

2.1 CETRM理论模型

2.1.1模型的建立

2.1.2应力的加载

2.1.3失效机理一致性判别

2.2.4激活能的提取

2.2.5寿命的外推

2.2产品的寿命分布

2.2.1作图法判断寿命分布

2.2.2分布的拟合优度检验

2.3参数估计

2.4失效率计算

2.5本章小结

第3章CETRM试验方案及试验系统

3.1 CETRM试验方案

3.1.1试验样品的选择

3.1.2试验样品方案

3.1.3试验应力的加载

3.1.4参数的测量及失效判据

3.2试验系统

3.2.1温度控制系统

3.2.2电应力偏置系统

3.3本章小结

第4章试验及结果分析

4.1预备试验

4.1.1加热平台的校准

4.1.2确定样品壳温

4.1.3确定样品结温

4.1.4优化温度应力

4.2改进后3DG130的试验情况及分析

4.2.1试验条件

4.2.2试验结果

4.2.3失效机理一致性判定和失效机理一致的温度范围

4.2.4失效激活能的提取及寿命的计算

4.2.5寿命分布的判别

4.2.6分布的拟合优度检验

4.2.7参数估计

4.2.8失效率计算

4.2.9失效分析

4.2.10验证试验

4.3改进前3DG130的试验情况及分析

4.3.1试验条件

4.3.2试验结果

4.3.3失效机理一致性判定和失效机理一致的温度范围

4.3.4失效激活能的提取和寿命计算

4.3.5寿命分布的判别及拟合优度检验

4.3.6参数估计及失效率计算

4.3.7失效分析

4.4改进后3CG120C的试验情况及数据分析

4.4.1试验条件

4.4.2试验结果

4.4.3失效机理一致性判定和失效机理一致的温度范围

4.4.4失效激活能的提取及寿命的计算

4.4.5寿命分布的判别及拟合优度检验

4.4.6参数估计及失效率计算

4.4.7失效分析

4.4.8验证试验

4.5改进前3G120C的试验情况及数据分析

4.5.1试验条件及结果

4.5.2失效机理一致性判定和失效机理一致的温度范围

4.5.3失效激活能的提取及寿命的计算

4.5.4寿命分布的判别及拟合优度检验

4.5.5参数估计及失效率计算

4.5.6失效分析

4.5.7验证试验结果

4.6 CETRM试验方法与常规方法的比较

4.7本章小结

第5章CETRM试验方法的误差分析

5.1误差来源

5.2测量误差分析

5.3 CETRM理论误差

5.3.1理想数据

5.3.2激活能计算和寿命外推

5.4温度误差

5.4.1环境温度变化引入的误差

5.4.2校温精度引起的温度误差

5.4.3校温精度对最终计算结果的影响

5.5本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士期间所发表的学术论文

致谢