老煉對集成電路靜態(tài)電源電流的影響

于祥苓，王安幫

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

老煉對集成電路靜態(tài)電源電流的影響

于祥苓，王安幫

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

為使用戶得到更可靠的集成電路產(chǎn)品，老煉是目前最常用和最有效的一種可靠性篩選試驗方法。介紹了集成電路老煉的意義和試驗方法，通過研究正常CMOS器件和有工藝缺陷的CMOS器件的靜態(tài)電源電流隨老煉時間的變化曲線，經(jīng)在老煉過程中多次不同時間測試得出的實驗數(shù)據(jù)，可以清楚地發(fā)現(xiàn)器件的早期失效情況。經(jīng)過分析后可以很好地反饋到器件的生產(chǎn)加工過程中，為集成電路的設(shè)計、加工和生產(chǎn)提供良好的數(shù)據(jù)依據(jù)，使集成電路加工工藝不斷改善和元器件品質(zhì)不斷改進。指出了老煉在集成電路生產(chǎn)過程中的指導(dǎo)作用，是提高集成電路可靠性的有效手段。

老煉；可靠性篩選試驗；靜態(tài)電源電流；早期失效；加工工藝；可靠性

1 引 言

老煉是IC生產(chǎn)中常用來剔除早期失效產(chǎn)品，提高系統(tǒng)可靠性的方法。這些產(chǎn)品本身具有固有的缺陷或者其缺陷產(chǎn)生于制造工藝的控制不當(dāng)，這些缺陷會造成與時間和應(yīng)力有關(guān)的失效。如不進行老煉，這些有缺陷的器件在使用條件下會出現(xiàn)初期致命失效或早期壽命失效。為了保證提交到用戶手中的產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)廠商會在產(chǎn)品包裝出廠前對元器件進行老煉，即在一定時間內(nèi)對元器件施加一定的應(yīng)力，如電流、電壓、溫度等，且通常高于其正常使用應(yīng)力，從而剔除一些有缺陷的產(chǎn)品，保證出廠產(chǎn)品的質(zhì)量。

2 老煉試驗方法

老煉，又稱老化，是目前最常用和最有效的一種可靠性篩選試驗方法，為集成電路生產(chǎn)廠以及使用者廣泛應(yīng)用。老煉篩選對器件施加了兩種以上的應(yīng)力（溫度應(yīng)力和電壓或電流等電應(yīng)力），通過電和熱應(yīng)力的綜合作用可以更充分地激活器件內(nèi)潛在的材料和工藝的大部分缺陷，誘發(fā)器件發(fā)生相關(guān)的失效，所以又叫功率老煉。集成電路產(chǎn)品篩選老煉的基本試驗方法見GJB548A-1996《微電子器件試驗方法和程序》的方法1015A。老煉篩選需要對電路施加最大額定工作條件或以上的應(yīng)力，或施加相等的或更高靈敏度的等效篩選條件。試驗條件（溫度、電應(yīng)力的種類和時間）必須根據(jù)電路類型、工作方式加以選擇，通常由GJB597A-1996《半導(dǎo)體集成電路總規(guī)范》或產(chǎn)品的詳細規(guī)范等文件規(guī)定。

集成電路常用的老煉篩選方法可分為靜態(tài)老煉和動態(tài)老煉兩類。靜態(tài)老煉給器件施加規(guī)定的恒定溫度和直流電源偏置，器件處于靜態(tài)工作狀態(tài)，通過溫度應(yīng)力和電應(yīng)力的綜合作用加速電路的早期失效，一般用于小規(guī)模數(shù)字集成電路。動態(tài)老煉篩選更為有效，所以更為通用，多數(shù)情況下用于中、大規(guī)模集成電路。常規(guī)動態(tài)老煉除了對器件施加溫度和直流電源偏置外，還對電路內(nèi)部節(jié)點施加動態(tài)激勵信號。由于IC芯片內(nèi)部所有半導(dǎo)體結(jié)、介質(zhì)層和金屬化層都被加上了電應(yīng)力，電路處于滿功率的工作狀態(tài)，因而能更有效地激發(fā)潛在的致命失效因素。功能性老煉是動態(tài)老煉的一種，它將老煉與電性能測試有機地結(jié)合在一起，在老煉過程中進行電參數(shù)的實時監(jiān)測。這種方法在確保老煉效果、優(yōu)化老煉時間、節(jié)省成本、失效機理分析等方面具有優(yōu)勢，適用于復(fù)雜的超大規(guī)模集成電路。

3 老煉對集成電路靜態(tài)電源電流的影響

3.1 正常器件老煉時器件靜態(tài)電源電流隨時間變化

正常器件老煉時，器件的靜態(tài)電源電流會隨時間的加長有少量變大，但還是滿足器件詳細規(guī)范要求的電流極限值，只有個別有工藝缺陷的器件才會在老煉過程中出現(xiàn)靜態(tài)電源電流不穩(wěn)定狀態(tài)，而這種器件會在老煉后的參數(shù)測試時被剔除掉。通過監(jiān)測一款CMOS器件在老煉過程中靜態(tài)電源電流隨時間的變化情況（見圖1），可以很清楚的了解到老煉的重要作用。

圖1 正常器件測試數(shù)據(jù)表

如圖1所示，5＃器件在老煉過程中靜態(tài)電源電流變化較大，而該器件在老煉后的高溫測試值為24.8μA，也超出了詳細規(guī)范10.0μA的規(guī)定值。由以上數(shù)據(jù)可以看出老煉可以有效的剔除早期失效的產(chǎn)品，保證產(chǎn)品的可靠性。

3.2 有工藝缺陷的器件老煉時器件靜態(tài)電源電流隨時間的變化

存在某種工藝缺陷的器件在老煉過程中器件的參數(shù)特性會發(fā)生很大變化，直至超出器件詳細規(guī)范規(guī)定的極限值。以一款CMOS集成電路為例，對該器件10只樣品進行老煉過程的實時監(jiān)控，每8小時進行一次靜態(tài)電源電流（規(guī)范要求≤10μA）測試，得出如圖2靜態(tài)電源電流隨老煉時間變化的曲線圖。

從圖2可以清楚地看到，該器件從第四次測試（即32小時老煉后測試）后靜態(tài)電源電流就顯示為超差狀態(tài)，判定該批器件存在很嚴重的工藝缺陷。可以通過后續(xù)的失效分析找出失效原因，這也是集成電路失效分析和工藝方面的研究課題。

圖2 有缺陷器件測試數(shù)據(jù)表

4 結(jié)束語

老煉是集成電路篩選過程中必不可少的一項試驗，雖然老煉增加了生產(chǎn)成本，但卻可以提高器件的可靠性，提高產(chǎn)品質(zhì)量。而且，通過老煉過程中監(jiān)控器件靜態(tài)電源電流的變化，可以清楚地發(fā)現(xiàn)器件的早期失效情況，經(jīng)過分析后可以很好地反饋到器件的生產(chǎn)加工過程中去，為集成電路的設(shè)計、加工和生產(chǎn)提供良好的依據(jù)。

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Burn－in Effects on Direct Drain Quiescent Power Current of the Integrated Circuit

Yu Xiangling，Wang Anbang
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

In order to provide the reliable IC products for users，the burn-in is themost common and effectivemethod of reliability screening test.The paper describes themeaning andmethods of burnin for integrated circuit.By studying the curve changing with the direct drain quiescent power current of the normal COMSdevices and abnormal ones and the test data in different times during burn-in test，the early failure of the device can be clearly found.After analysis of the devices，it can be fed back to the production process to provide good data basis for the IC design，processing and production and improves the processing of the integrated circuit and the quality of components.The burn-in is presented to guide the IC production process and comes into an effectivemeans to improve reliability of integrated circuit.

Burn-in；Reliability screening test；Direct drain quiescent power current；Early failure；Processing technic；Reliability

10.3969/j.issn.1002-2279.2015.03.003

TN4

B

1002-2279（2015）03-0007-02

于祥苓（1976-），女，遼寧省葫蘆島市人，高級工程師，主研方向：集成電路檢測技術(shù)研究。

2015-03-13