【正文】 源區(qū)向漏區(qū)運(yùn)動的電子，在漏結(jié)附近受到勢壘區(qū)電場加速，電子獲得了能量而被加速，成為熱電子。這些熱電子中能量較高的，可以越過SiSiO2勢壘，注入到SiO2中去，同襯底熱電子一樣，被陷阱中心所俘獲，產(chǎn)生熱電子損傷。– 溝道熱電子效應(yīng)與襯底熱電子效應(yīng)不同，它僅改變了漏結(jié)附近SiO2中的電荷分布。八．（10分）1）在SiSiO2界面SiO2一側(cè)存在幾種電荷？2）降低氧化層電荷的措施?3）Na+對器件電性能及可靠性的影響?1）目前公認(rèn)的在SiSiO2界面SiO2一側(cè)存在的四種電荷為： 固定氧化層電荷、可動電荷、界面陷阱電荷和氧化層陷阱電荷。2）降低降低氧化層電荷的措施：“無鈉” SiO2的生長：采取各種防Na+等其它離子的沾污的措施；以鈍化為主：對硅材料選用(100)晶向，使固定氧化層電荷及界面陷阱電荷最??；氧化層生長后進(jìn)行適當(dāng)高溫處理，以降低固定氧化層電荷和界面陷阱電荷；3）Na+對器件電性能及可靠性的影響?降低了pn 結(jié)擊穿電壓，增加了反向漏電流；引起晶體管電流增益hFE的漂移。九．（10分）畫出浴盆曲線，解釋其每一段的含義(也可舉例說明) ；描述失效發(fā)生期與失效機(jī)理的關(guān)系；描述偶然失效期的數(shù)學(xué)模型。早期失效：設(shè)計失誤、工藝缺陷、材料缺陷、篩選不充分隨機(jī)失效：靜電損傷、過電損傷，磨損失效：原器件老化；隨機(jī)失效有突發(fā)性和明顯性；早期失效和磨損失效有時間性和隱藏性? 偶然失效期的數(shù)學(xué)模型：是指數(shù)函數(shù)，其失效概率密度為可靠度為：失效率為：十、簡答及分析題（20分）1）簡述集成電路采用金屬鋁作為互連線的優(yōu)缺點(diǎn)；（7分）2）以鋁為例，說明什么是電遷移現(xiàn)象？（3分）3）簡述點(diǎn)遷移的產(chǎn)生原因（內(nèi)因、外因）；（4分）4）影響電遷移的因素之一是布線的幾何尺寸，簡要說明鋁線的長度，寬度和由電遷移決定的壽命之間的關(guān)系？（6分）5）金屬電遷移預(yù)防措施6）提高互連線抗電遷移能力的方法? 答題要點(diǎn)：1） 優(yōu)點(diǎn)：a 導(dǎo)電率高；b 可以硅材料形成低阻值的歐姆接觸；c 與SiO2等介質(zhì)具有良好的粘附性；d 便于加工。缺點(diǎn)：a 性軟，機(jī)械強(qiáng)度低，容易劃傷；b 化學(xué)性能活躍，易受腐蝕；c 抗電遷移能力差。2） 當(dāng)鋁條內(nèi)有一定電流通過時，金屬離子會沿導(dǎo)體產(chǎn)生質(zhì)量的輸運(yùn)，其結(jié)果會使導(dǎo)體的某些部位產(chǎn)生空洞或晶須（小丘）。3） 外因：高溫或者即使在低溫如果電流密度較大時，都會發(fā)生電遷移。發(fā)生條件：電流密度J〉10E5A/cm2，高溫。 內(nèi)因：金屬薄膜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的非均勻形式的導(dǎo)體內(nèi)從在一定的空位濃度，金屬離子通過空位而動，但是隨機(jī)的，當(dāng)存在外力時會發(fā)生定向運(yùn)動。4） a 鋁線的長度增加，壽命變短； b 線寬比材料晶粒直徑大時，線寬愈大，壽命愈長； c 線寬和金屬晶粒直徑相近時，線寬變窄，壽命變長。5）金屬電遷移預(yù)防措施：平面化工藝，降溫，摻銅6）提高互連線抗電遷移能力的方法? 減小電流密度J；降低薄膜溫度T；降低常數(shù)C；增加薄膜寬度W和厚度d；增大薄膜中離子擴(kuò)散的激活能Q。十一。1）解釋EOS和ESD失效機(jī)理2）過電EOS與靜電ESD的區(qū)別3）EOS和ESD的失效分析方法4）解釋EOS和ESD失效機(jī)理1．靜電防護(hù)：靜電源的剩余電荷=產(chǎn)生電荷泄露電荷；1）最小化靜電源的產(chǎn)生電荷：減小摩擦起電：增加空氣濕度，用防護(hù)靜電地板，防靜電包裝器件。減小感應(yīng)起電：器件靜電屏蔽，絕緣導(dǎo)體接地（儀器接地、電烙鐵接地）；2）最大化靜電源的放電：防靜電手鐲，儀器烙鐵接地；3）最小化器件對地放電：防靜電桌經(jīng)大電阻接地（為什么不用金屬桌）2．過電EOS與靜電ESD的區(qū)別：；，有可能是ESD；，未使用失效多為ESD；，ESD較隱蔽；e. EOS有明顯的熱效應(yīng)，ESD無。3．EOS和ESD的失效分析方法：端口電流明顯增大或減小是失效信號；顏色變化是EOS的信號；模擬試驗(yàn)重現(xiàn)失效是重要方法。4．解釋EOS和ESD失效機(jī)理靜電放電(ESD)：處于不同靜電電位的兩個物體間發(fā)生的靜電電荷轉(zhuǎn)移就形成了靜電放電，這種靜電放電將給電子元器件帶來損傷，引起產(chǎn)品失效。過電應(yīng)力(EOS) —元器件承受的電流、電壓應(yīng)力或功率超過其允許的最大范圍。十三、（滿分14分）4） 在CMOS電路中為什么要考慮柵氧擊穿？(4分)5） 說明柵氧擊穿的分類；(6分)6） 簡述柵氧擊穿的機(jī)理。(4分)7） 采取措施答題要點(diǎn)：4) a 器件特征尺寸不斷縮小，柵氧化層不斷減薄，要求介質(zhì)承受電場強(qiáng)度不斷增加；b IC集成度不斷提高，芯片上的器件增多，柵氧化層總面接增大，存在缺陷的概率增加。5) （1）瞬時擊穿a 本征擊穿：芯片一加電壓，電場強(qiáng)度超過介質(zhì)材料所能承受的臨界電場，介質(zhì)因電流很大，馬上擊穿。b 非本征擊穿：局部氧化層厚度較薄，或存在空洞、裂縫、雜質(zhì)等造成介質(zhì)擊穿。（2）與時間有關(guān)的介質(zhì)擊穿（TDDB）：施加電場低于柵氧本征擊穿場強(qiáng)，未引起本征擊穿，但經(jīng)歷一定時間后發(fā)生了擊穿，原因是氧化層內(nèi)產(chǎn)生并積累缺陷/陷阱。6) 分為兩個階段第一階段為積累/建立階段：在電應(yīng)力作用下，氧化層內(nèi)部及SiSiO2界面處發(fā)生缺陷（陷阱、電荷）的積累，使局部電場增強(qiáng)第二階段為快速逸潰階段：當(dāng)?shù)谝浑A段的缺陷積累達(dá)到某一程度，使局部電場達(dá)到某一臨界值，便轉(zhuǎn)入第二階段，氧化層迅速擊穿。4）a) 控制原材料硅中的C、O2等微量雜質(zhì)的含量，防止Na+、灰塵微粒等沾污；b) 用CVD生長SiO2或摻氮氧化以改進(jìn)柵氧質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；c) 柵氧易受靜電損傷，它的損傷積累的，使用中必須采取防護(hù)措施。十四。1）以失效分析為目的的電測技術(shù)的作用和種類。2）連接性測試和待機(jī)電流測試的過程。3）由反向IV特性怎么確定失效機(jī)理？1．以失效分析為目的的電測技術(shù)：電測在失效分析中的作用：重現(xiàn)失效現(xiàn)象，確定失效模式，縮小故障隔離區(qū)，確定失效定位的激勵條件，為進(jìn)行信號尋跡法失效定位創(chuàng)造條件；電測得種類和相關(guān)性：連接性失效、電參數(shù)失效、功能失效2．電子元器件失效分析的簡單實(shí)用測試技術(shù)：連接性測試：萬用表測量各管腳對地端/電源端/另一管腳的電阻，可發(fā)現(xiàn)開路、短路和特性退化的管腳。電阻顯著增大或減小說明有金屬化開路或漏電部位。待機(jī)電流測試：所有輸入端接地（或電源），所有輸出端開路，測電源端對地端電流，待機(jī)電流顯著增大說明有漏電失效部位，待機(jī)電流顯著減小說明有開路失效部位。3．電子元器件失效分析的簡單實(shí)用測試技術(shù)：各端口對地/電源端的漏電流（或iv）測試，可確定失效管腳；特性異常與否用好壞特性比較法確定。由反向IV特性確定失效機(jī)理：直線為電阻特性，pn結(jié)穿釘，屬嚴(yán)重EOS損傷；反向漏電流隨電壓緩慢增大，pn結(jié)受EOS損傷或ESD損傷；反向擊穿電壓下降，pn結(jié)受EOS損傷或ESD損傷；反向擊穿電壓不穩(wěn)定，芯片斷裂，芯片受潮；高溫儲存試驗(yàn)可區(qū)分離子沾污和過電應(yīng)力損傷試驗(yàn)。十五。引起鍵合失效的機(jī)理、原因、分析方法、糾正措施。引起鍵合失效的機(jī)理：半導(dǎo)體器件的鋁電極與管腳用內(nèi)引線連接，內(nèi)引線可分為金線和鋁線兩種。金鋁鍵合失效主要表現(xiàn)是：金內(nèi)引線與芯片上的鋁層壓焊點(diǎn)發(fā)生固相反應(yīng)，形成稱為紫斑的AuAl2化合物，導(dǎo)致接觸不良或引線脫落；由于金鋁原子互擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)不同，在金鋁界面還會形成科肯德爾空洞，會引起壓焊點(diǎn)開路；引線鍵合失效的其它原因是鍵合工藝不良。引線鍵合失效的外部原因和分析方法：失效原因：高溫試驗(yàn)、振動試驗(yàn)、過電應(yīng)力、受潮、工藝不良。失效內(nèi)因：壓焊點(diǎn)金鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散。失效分析方法:X射線透視、掃描聲學(xué)顯微鏡、打開封裝、顯微觀察、X射線能譜分析。質(zhì)檢方法：引線拉力測試。糾正措施：金鋁鍵合器件應(yīng)避免在高溫度下使用和試驗(yàn)。為避免金鋁鍵合失效，可改用鋁硅鋁和無線鍵合。十六。塑料封裝失效機(jī)理和糾正措施。塑料封裝失效機(jī)理：封裝分層并長期暴露于潮濕環(huán)境；器件受熱，封裝內(nèi)水汽膨脹；機(jī)械應(yīng)力引起芯片形變和壓焊點(diǎn)脫落；漏電流變化或開路。糾正措施：裝配前塑封器件不能長時暴露于潮濕空氣；塑封器件長時暴露于潮濕空氣，裝配前要烘干；控制封裝工藝，避免塑封器件分層；控制電路板焊接工藝，防止塑封器件長時間過熱。十七。水汽和離子沾污的失效分析方法水汽和離子沾污的失效分析方法：芯片表面水汽和離子沾污；介質(zhì)層內(nèi)部離子沾污。芯片表面水汽和離子沾污：失效分析方法：烘烤或開封清洗；試驗(yàn)結(jié)果分析：反向特性可完全恢復(fù)為離子沾污和受潮，方向特性不可完全恢復(fù)為過電或靜電。介質(zhì)層內(nèi)部離子沾污：高溫儲存；高溫反偏三、簡答（10分）1）解釋PPM、Cp、SPC含義。2）什么是6σ設(shè)計？以及實(shí)現(xiàn)6σ的設(shè)計目標(biāo)的技術(shù)途徑。1）PPM:百萬分之幾，表示工藝不合格品率。采用PPM技術(shù)評價出廠產(chǎn)品的平均質(zhì)量，能綜合反映產(chǎn)品的設(shè)計和制造水平。工序能力指數(shù)Cp來表示工藝水平滿足工藝參數(shù)規(guī)范要求的程度。實(shí)際工序能力指數(shù)Cpk值實(shí)際上直接反映了工藝成品率的高低，因此定量地表征了該工序滿足工藝規(guī)范要求的能力。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對工序能力指數(shù)提出了Cp不小于工藝的起伏變化是不可避免的。如果工藝的起伏變化完全是由隨機(jī)原因引起的，不存在異常原因，則稱工藝處于統(tǒng)計受控狀態(tài)。只有在統(tǒng)計受控的條件下，才能生產(chǎn)出內(nèi)在質(zhì)量好、可靠性高的產(chǎn)品。2)6σ設(shè)計是指工藝規(guī)范要求的范圍為177。6σ。目前，6σ設(shè)計要求代表了國際上現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對工序能力指數(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。提高工序能力指數(shù)和實(shí)現(xiàn)6σ設(shè)計目標(biāo)的要求是一致的，基本途徑有三條：減小工藝參數(shù)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差；使工藝參數(shù)分布的均值盡量與規(guī)范要求中心值靠近；擴(kuò)大工藝規(guī)范要求的范圍。四．填空失效分析技術(shù)方法（內(nèi)容）、用途以失效分析為目的的電測技術(shù)連接性失效、電參數(shù)失效、功能失效連接性測試（待機(jī)電流測試、端口測試）無損失效分析技術(shù)電測技術(shù)；X射線透視技術(shù)，用途：觀察芯片和內(nèi)引線的完整性；反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)（CSAM），用途：觀察芯片粘結(jié)的完整性，微裂紋，芯片斷裂，界面斷層；樣品制備技術(shù)過程：打開封裝、去鈍化層、去層間介質(zhì)層、拋切面技術(shù)、去金屬化層；增強(qiáng)可視性和可測試性；風(fēng)險及防范：監(jiān)控；去層間介質(zhì)：作用 多層結(jié)構(gòu)芯片失效分析；方法：反應(yīng)離子腐蝕；特點(diǎn)：材料選擇性和方向性；結(jié)果顯微形貌像技術(shù)掃描電子顯微鏡的二次電子像技術(shù)以測量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)掃描顯微鏡的電壓襯度像、芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的波形測量以測量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)顯 顯微紅外熱像技術(shù) 用途：熱分布圖、定熱點(diǎn)；光發(fā)射顯微鏡分析技術(shù) 用途：微漏電點(diǎn)失效定位，柵氧化層缺陷，pn結(jié)缺陷，閂鎖效應(yīng)；電子束感生電流像 用途：pn結(jié)缺陷；液晶熱點(diǎn)檢測技術(shù)電子元器件化學(xué)成分分析技術(shù)掃描電子顯微鏡、X射線能譜儀模擬失效分析技術(shù)定義：通過比較模擬試驗(yàn)引起的失效現(xiàn)象與現(xiàn)場失效現(xiàn)象確定失效原因的技術(shù)；模擬試驗(yàn)的種類：高溫存儲、潮熱、高低溫循環(huán)、靜電放電、過電試驗(yàn)、閂鎖試驗(yàn)等聚焦焦離子束技術(shù)用途：制備探測通孔，實(shí)現(xiàn)多層布線VLSI的下層金屬節(jié)點(diǎn)的電壓和波形測試；為對準(zhǔn)下層金屬制備通孔，可同時顯示CAD設(shè)計版圖和芯片實(shí)時圖像，可根據(jù)版圖確定鉆孔部位；在VLSI芯片上進(jìn)行線路修改，省去重新制版和流片的手續(xù)，加快產(chǎn)品研制；為觀察內(nèi)部缺陷，對樣品進(jìn)行局部拋切面；掃描離子顯微鏡可用于形貌觀察失效應(yīng)力失效模式過電pn結(jié)燒毀、電源內(nèi)引線燒毀、電源金屬化燒毀靜電MOS器件氧化層擊穿、輸入保護(hù)電路潛在損傷或燒毀熱鍵合失效、AlSi互溶、pn結(jié)漏電熱電金屬電遷移、歐姆接觸退化高低溫芯片斷裂、芯片粘結(jié)失效低溫芯片斷裂