半導體集成電路可靠性測試及其數據處理方法

長電科技（滁州）有限公司 邱冬冬

研究人員在對產品使用時間進行分析中，產品的可靠性至關重要，可靠性目前是檢驗產品質量很重要的一個項目，它能夠明確反映產品質量。在運用全新工藝和材料的條件下，常見的半導體集成電路線寬逐漸降低，所以科研人員就要提升其集成度，因此半導體集成電路可靠性的要求也更加嚴格。本文主要對半導體集成電路的可靠性測試進行了介紹，并分析了處理數據的兩種方法，即熱載流子注入測試和柵氧化層測試，希望對半導體集成電路的研發有所幫助。

隨著科技的進步，相關行業對半導體集成電路的性能要求越來越高，這些要求使半導體集成電路在制作時工藝制造趨向復雜化，結構制作也更精細。為了集成電路的可靠性能經得住檢驗，同時減少生產本錢，半導體集成電路可靠性的測試就顯得很有必要了。

1.半導體集成電路的可靠性測試

1.1 半導體的可靠性

當前，使用被動篩選的方式是我國國內檢驗半導體可靠性的重要方法，然而這種方法需要投入大量人力物力，利用原始的人工篩選方式將可靠性不達標的半導體篩選出來，效率極低。同時這種方法耗時長、成本高，最重要的是，這種方法無法從根本上提高半導體的可靠性。因此，當前需要知道在什么條件下才能制作出可靠性能高的半導體，從而進一步避免半導體使用過程中發生失效。這就要求我們綜合考慮制作周期、制作工藝、制作條件對半導體可靠性能的影響，通過科學的數據分析對半導體進行設計。

1.2 半導體集成電路工藝的可靠性

如果想最大限度的提高半導體集成電路的可靠性，采用的主要方法就是加強對制造工藝的研究，這個研究是可靠性提升的關鍵。在集成電路可靠性的研究中，分析制造工藝能夠在哪些方面影響半導體集成電路可靠性的使用，保證可靠性的工藝進行重要的監測與控制，構造集成電路產品可靠性的評價規范程序和方法，這些工作都是能夠保障半導體集成電路可靠性的研究，因此，要保證產品實物的可靠性，就必須要保證生產工藝的可靠性。

在研究評價制造工藝的可靠性中，半導體集成電路可靠性對產品的質量以及使用時間有著重要的影響，集成電路生產工藝的可靠性同樣重要，兩者共同點都是以高標準的制作工藝作為基礎，以此來保證半導體集成電路成品的可靠性。在實際生產過程中，主要方法就是控制產品微電子結構的可靠性，同時利用電子加速試驗得到相關數據，建立數據模擬的平臺，最大程度的保障生產工藝的可靠性。在后續的工序中，利用我國目前高標準的生產流程和工藝生產線，能夠保證生產出的產品擁有極高的質量。成品制作完成后，在儲藏運輸的過程中，再利用國內先進的封存包裝技術和密封運輸，能夠使產品可靠性得到的保障。

1.3 評價半導體原件可靠性保持的時間

半導體在我們日常生活所見的電器元件中扮演者不可或缺的角色，半導體的可靠性直接影響了電器元件的可靠性。半導體可靠性越高，電器元件的可靠性才會越強。因此，為了電器元件更好的使用效果，研究半導體原件的可靠性變得尤為重要。其中在對半導體元件可靠性測試中，可靠性評價是我們常用的方法。通過借助專業的工具，用仿真模擬的方式對半導體產品質量、使用壽命、元件失效率進行評價，通過這些評價，我們可以很直觀的測量出半導體元件的可靠性。在這些評價方法中，使用壽命是評定半導體元件可靠性的重要指標。如何評定半導體元件使用壽命，我們選擇的方法是：選擇高可靠性的集成產品，比如軍用產品，通過對產品的參數進行分析，運用一般研究產品使用壽命的評定方法，在實際操作中通過對影響元件使用壽命的外界環境進行控制，查看產品可靠性指標的衰減速度，從而推出算出產品的使用壽命。

2.注入熱載流的測試數據技術和處理數據方法

2.1 注入熱載流子的測試

在半導體集成電路可靠性的評估中，最重要的一步就是在半導體生產過程中，加入熱載流子的測試，通過熱載流子的干預，觀察半導體實際能量下費米能級的變化。我們都知道，半導體集成電路的器件里，原電壓的遺留會造成熱載流子的漏電極限，從而在它的周圍會出現強度很高的電場，一旦載流子進入其中，就會因為高能量變成熱載流子，并且在這時會出現新電子空穴對，兩者反應便會影響集成電路的可靠性。因此，再加入強電場的情況下，電離發生的速度越來越快，熱載流子通過這種方式不斷提升自身的能量等級，經過一段時間后能量趨于穩定。使用這種方法，就可以保證熱載流子在反應過程中各個參數保持在正常水平。

2.2 數據的處理方法

在處理元器件集成電路的熱載流子實驗數據時，通常有著具體的操作流程。一般情況下，該實驗的變換量電性與時間成比例，表現為冪函數關系。電性參數公式計算公式為：

其中P（0）為參數原始數據；P（t）為 t 時刻電性參數發生的演變量。此外，時間的間隔要選擇數字來表達此外，時間的間隔要選擇數字來表達，例如1s、2s、3s。

在對熱載流子的穩定性進行測試時，半導體集成電路通過不同的數據處理，能夠得到相對應的測試參數。并且在之后熱載流子的試驗完成后，處理相關的數據時，將提前確定的各項參數與實驗數據相對應，直到得出的數據與預先設計的參數相符合。在后續的熱載流子實驗中，使用不同的樣本測驗的方法也不一樣。通過這些不同時間內選擇的熱載流子周期和壽命，可以使實驗的結果更具說服力。熱載流子試驗中的壽命模型公式：

公式中H代表擬合的線性參數，IWB代表襯底電流，Id代表漏電流，W 為柵的寬度。

3.測試柵氧化層的技術和處理數據方法

在半導體集成電路的制作過程中，柵氧化層有著重要的作用。如果擴大了集成電路的規模，那么集成電路的厚度也隨之提升；如果減小元器件的質量，它的厚度也隨之減小。由于柵氧化層有著很重要的作用，因此保障它的可靠性受到科研人員的重視。如果柵氧化層出現可靠性的問題，通常這些問題會出在缺陷密度、介質擊穿方面。因此，在柵氧化層的測驗中主要采取的措施是：在相同時間節點上要聯系各因素作為對象，然后對其采取擊穿測試、斜坡電壓的測試。

3.1 斜坡電壓的測試

斜坡電壓測試實驗就是將高強度的斜坡電壓加到柵極的線性上，之后隨著電壓不斷增高，便會發生擊穿現象。斜坡電流實驗與斜坡電壓不同，斜坡電流測驗時，實驗人員會將一定量的斜坡電流添加到柵極上，隨著電流的增強，養護層將會被擊穿。這兩種斜坡實驗，都是研究柵氧化層在存在缺陷的情況下，它的密度是如何變化的。一般情況下，實驗人員會將一定范圍內的電壓加在柵氧化層上，如果氧化層被擊穿，則說明加入的電壓超過了承受電壓，進而證明了柵氧化層存在缺陷，是處于一個無效的狀態。這時實驗人員就可以通過Poisson分布為前提的成品率公式將這種缺陷計算出來，在計算成品率的公式中Y為成品率，就是有效的產品在總產品中所占的比例；A是被測驗樣品所占的面積；Do是該缺陷存在狀態下的密度。利用到斜坡電流和斜坡電壓實驗中得出的數據，帶入到相應的計算公式中就可以得出成品率，同時也能夠得出樣品的面積缺陷密度。如果得出的數據偏離正常的范圍，則說明缺陷密度的設置不符合設置標準。

3.2 介質擊穿實驗

介質擊穿主要是指集成電路中的介質被高電壓作用，使得電極間的電壓迅速下降至零點。試驗時，在柵極上加入理論承受范圍內的強場，保證不會發生本征擊穿。而在通常情況下，氧化層會出現缺陷，一段時間后，仍然會有擊穿現象發生。因此，在對半導體集成電路的可靠性進行評價時，同樣時間下柵氧介質發生的擊穿成為了主要因素。

4.結語

半導體集成電路在實際應用中，可靠性是一個關鍵問題，它關系到電器是否能發揮應有的作用和它工作的可靠性是否能得到保障。因此，還要通過多方面的實驗，探索更先進的數據處理方法，保證半導體集成電路的可靠性。