半導體集成電路可靠性測試及數據處理方法分析研究

捷捷半導體有限公司 錢清友 江林華

半導體產品的可靠性是研究人員分析產品質量的重要參數，通過可靠性分析挑選合格產品，去蕪存菁，以提升產品質量。隨著高新技術的發展，普通半導體集成電路的技術也需要進行一定的改進，比如，研究人員需要提高半導體的集成度以適應普通半導體集成電路的線寬逐漸減小的情況。既要保證半導體的集成度又要減小線寬，這就需要提升產品可靠性的要求。針對以上問題，本文將分類介紹如何測試半導體集成電路的可靠性，并針對性地分析熱載流子注入測試和柵氧化層測試兩種數據處理方法。

半導體集成電路是現代電子產品的基本組成部分，具有十分重要的作用和地位。尤其是近年來，科學技術的迅猛發展，推動電子信息技術行業不斷向前。所以，半導體集成電路性能方面的提升逐漸成為該行業的關注點，并對此提出了更高的要求。在促進半導體集成電路發展的同時，產品質量要求需達到更高的基本標準。對比之前的技術和加工過程，現代的產品制作工序更加復雜，技術更加精細。所以，為保障產品能達到預期的可靠性要求和節省成本的目標，對電路的可靠性進行科學的檢測是十分必要的。

1 半導體集成電路的可靠性測試

1.1 半導體的可靠性

半導體可靠性檢測是產品投入使用前必經的完善程序。我國現在采取被動篩選的方法對半導體進行分析檢測，以明確產品的可靠性。這種檢測方式操作基礎，還需要大量的資金支持和人員投入才能實現。而且，這種方法并不能準確的檢測出符合可靠性要求的產品，既浪費人力財力，又缺少對結果準確性的保障。可見，被動篩選的方法不能滿足半導體可靠性檢測的實際需要。為彌補這一劣勢，半導體的研究開發人員需要掌握高可靠性半導體的生產信息，包括生產環境、產品數據、制造周期和條件等。進而保證半導體的質量和工作狀態的可靠性。同時，在進行可靠性檢測時，要結合科學合理的數據分析，以實際情況為參考依據，不斷改進相關技術，提升半導體產品的可靠性。

1.2 半導體集成電路工藝的可靠性

為了最大化的提高半導體電路的可靠性，需要產品研究人員在現有生產技術的基礎上，不斷進行技術突破以改進制造工序，學習國內外先進理論和實踐知識，同時引進半導體科研方向的優秀人才和團隊，作為提升半導體生產技術和可靠性的基本保障。要想改善集成電路的生產現狀，重要的一點是要掌握影響半導體可靠性的因素有哪些，從而在生產過程中對這些因素進行必要的規避，以實現對半導體集成電路可靠性的實時監測。同時，以產品標準程序、產品數據等相關指標為輔助檢測手段來保障產品的可靠性。當然，半導體產品的制造過程也需要進行研究和評估，其中重要的兩個評估要點是產品使用周期和質量合格標準。因為，產品質量和產品壽命直接影響用戶體驗。為滿足客戶需求，就需要對產品可靠性提出更嚴苛的要求。在產品制造過程中，微電子結構的設計與制作過程是十分重要的，要全程進行可靠性監測，同時要保證產品試驗測試數據的時效性和可靠性，另外，通過仿真的方法對產品的質量進行測定，以保證半導體的工作狀態和運行良好。經過一系列的檢測手段和測定方法可以對半導體集成電路的可靠性有了一定的保障。最后的成品，免不了要經過存儲運輸的步驟，選擇密封處理、謹慎搬運的方法可以很大程度的保證產品的完整性和可靠性。

1.3 評價半導體元件可靠性保持的時間

隨著現代化的到來，半導體在人類生活起居中扮演著重要的角色，通過加工包裝，它逐漸成為現代化生活的必備產品。但是，半導體質量也有自身的評估標準，高可靠性的半導體是保障后期產品運行暢通的決定性因素。現代化時代的人們越來越依賴電子產品，而半導體集成電路是電子產品的基礎組成部件，為便利人們生活，更好的服務消費群體，提升半導體的可靠性，加大對生產技術的研究是十分必要的。通常情況下，工作人員會采取可靠性評估的方法對產品進行質量等方面的評估，其主要手段是采取模擬化的方法進行產品應用，對產品的運行狀況做詳細的記錄，運行狀況的記錄主要包括產品使用壽命、中斷次數等方面，針對半導體的運行狀況進行分析進而得出產品整體的可靠性指數。在分析過程中要格外加重對半導體使用壽命的檢測分析，因為，用戶對產品的使用感受一般會通過使用周期給出簡單的評判，為保障用戶體驗的優質性，可以適當減緩運行速度，來提升產品的使用期限，當然，半導體的使用壽命一定程度上會受到應用環境的影響，所以，在成品中附加使用說明和注意事項是保障產品可靠性的重要方法。

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

可靠性是評估半導體集成電路好壞的重要指標，為得到準確的測試數據，一般會選擇注入熱載流的測試數據技術，對可靠性進行具體詳細的分析和測定。在生產半導體時要著重注意監測進行測試時所增加的熱載流子，并且要加強對于半導體的能量下費米能級進行觀測，記錄能量級的變化。因為能量級的波動代表電場的變化，通常情況下，殘留的電壓是載流子的極限的另一種表現形式，從而產生高強度的電場。當載流子進入該電場時，在強電場的加工后，會變成熱載流子，從而產生新的電子空穴對。以上載流子的變化狀況就是間接地對集成電路可靠性地反映。在強電場的作用下，載流子通過電離加快的反應提升自己的能量，通過一段時間的緩沖后，進入穩定狀態。通過這種方式，保證載流子的穩定性，進而得到集成電路的可靠性。

2.2 數據的處理方法

熱載流子實驗產生的數據需要進一步的加工處理，一般情況下處理的流程是簡單統一的。實驗表達式是一個冪函數，實驗中的電學性質與時間是成正比的轉換量。當然，計數形式要統一采用阿拉伯數字進行記錄，單位標注要明確，比如，1s、2s、1min等。熱載流子試驗的優點之一是可以通過多種方法獲得實驗數據和相關測試參數，在獲得數據之后，通過必備的數據整理程序，進行數據分析處理，通過對比原有實驗參數和當前獲得的實驗相關數據，檢測試驗數據是否符合預設參數。在實驗數據比對過程中，要詳細的記錄兩組數據之間的差異，通過數據特征得出相關實驗結論，進而確定電路的可靠性。對比其他熱載體實驗，根據不同樣品的自身特點，要選擇相應的測試方法。不同的時間內通過測量熱載流子獲取的數據更加具有客觀性。

3 測試柵氧化層的技術和處理數據方法

柵極氧化物在半導體集成電路制造過程中具有決定性作用。通過研究發現，集成電路的規模與其厚度成正相關的關系，但是，隨著產品部件質量的降低，集成電路的厚度會有所減小。所以，在產品加工時要時刻注意柵極氧化物產品的可靠性，若在對柵極氧化物的監測有疏忽，很可能會造成電介質擊穿和缺陷密度的嚴重問題。為降低這種風險，要以每個個體為對象，對整體進行擊穿測試和斜坡電壓測試。

3.1 斜坡電壓的測試

斜坡電壓測試是另一種測試方法，因數據較龐大，并且在實驗過程中柵極氧化層會出現一些缺陷和突發狀況，所以，一般會引入和泊松分布對缺陷進行估算。斜坡電壓測試法一般是將斜坡電壓加入到電網的線性方向上實現的，然后，通過規律性的增加電壓強度，記錄發生擊穿現象時的電壓數據。對比斜坡電流測試原理，二者的區別比較明顯，后者在電網的線性方向上增加的是斜坡電流。隨著電流的增加，會出現分解固化層的現象。除此之外，二者都是斜率試驗，都以研究在有缺陷的條件下，柵級氧化層密度的變化情況為中心點。通過根據擊穿時的電壓數據，來判定氧化層的耐受電壓值，同時可以得出柵極氧化層存在缺陷或不能正常運行的電壓值。當然，為增加實驗的可信度，可對缺陷面積密度進行估算，通過對比合理偏移范圍來判斷設計的合理性。

3.2 介質擊穿實驗

電介質擊穿即在集成電路電場的作用下，電介質喪失電絕緣能力，突變為良導電現象。在進行實驗測試時，要向電網中施加可承受范圍內的磁場，盡量降低發生內部擊穿的可能性。但是，氧化物層一般會出現一定程度的缺陷，經過一段時間的磁場施加后，仍然會出現擊穿現象。所以，柵極氧化物電介質的擊穿是影響集成電路可靠性的重要因素之一，在進行可靠性檢測時，將電壓施加控制在可承受范圍之內，要盡量避免電介質擊穿的干擾。

結語：可靠性是評判半導體集成電路產品質量和功能的重要依據。所以，可靠性的確定需要有特定的時間和條件作為試驗環境，減少可控因素的干擾。為了提升產品可靠性結果的可信度，需要設計研究人員加強集成電路產品生產過程中的可靠性監測，設計多種合理的檢測方法。結合高效的數據整理手段和處理方法，利用現代化技術進行產品可靠性評估。