老炼对集成电路静态电源电流的影响

于祥苓，王安帮

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

老炼对集成电路静态电源电流的影响

于祥苓，王安帮

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

为使用户得到更可靠的集成电路产品，老炼是目前最常用和最有效的一种可靠性筛选试验方法。介绍了集成电路老炼的意义和试验方法，通过研究正常CMOS器件和有工艺缺陷的CMOS器件的静态电源电流随老炼时间的变化曲线，经在老炼过程中多次不同时间测试得出的实验数据，可以清楚地发现器件的早期失效情况。经过分析后可以很好地反馈到器件的生产加工过程中，为集成电路的设计、加工和生产提供良好的数据依据，使集成电路加工工艺不断改善和元器件品质不断改进。指出了老炼在集成电路生产过程中的指导作用，是提高集成电路可靠性的有效手段。

老炼；可靠性筛选试验；静态电源电流；早期失效；加工工艺；可靠性

1 引 言

老炼是IC生产中常用来剔除早期失效产品，提高系统可靠性的方法。这些产品本身具有固有的缺陷或者其缺陷产生于制造工艺的控制不当，这些缺陷会造成与时间和应力有关的失效。如不进行老炼，这些有缺陷的器件在使用条件下会出现初期致命失效或早期寿命失效。为了保证提交到用户手中的产品质量，生产厂商会在产品包装出厂前对元器件进行老炼，即在一定时间内对元器件施加一定的应力，如电流、电压、温度等，且通常高于其正常使用应力，从而剔除一些有缺陷的产品，保证出厂产品的质量。

2 老炼试验方法

老炼，又称老化，是目前最常用和最有效的一种可靠性筛选试验方法，为集成电路生产厂以及使用者广泛应用。老炼筛选对器件施加了两种以上的应力（温度应力和电压或电流等电应力），通过电和热应力的综合作用可以更充分地激活器件内潜在的材料和工艺的大部分缺陷，诱发器件发生相关的失效，所以又叫功率老炼。集成电路产品筛选老炼的基本试验方法见GJB548A-1996《微电子器件试验方法和程序》的方法1015A。老炼筛选需要对电路施加最大额定工作条件或以上的应力，或施加相等的或更高灵敏度的等效筛选条件。试验条件（温度、电应力的种类和时间）必须根据电路类型、工作方式加以选择，通常由GJB597A-1996《半导体集成电路总规范》或产品的详细规范等文件规定。

集成电路常用的老炼筛选方法可分为静态老炼和动态老炼两类。静态老炼给器件施加规定的恒定温度和直流电源偏置，器件处于静态工作状态，通过温度应力和电应力的综合作用加速电路的早期失效，一般用于小规模数字集成电路。动态老炼筛选更为有效，所以更为通用，多数情况下用于中、大规模集成电路。常规动态老炼除了对器件施加温度和直流电源偏置外，还对电路内部节点施加动态激励信号。由于IC芯片内部所有半导体结、介质层和金属化层都被加上了电应力，电路处于满功率的工作状态，因而能更有效地激发潜在的致命失效因素。功能性老炼是动态老炼的一种，它将老炼与电性能测试有机地结合在一起，在老炼过程中进行电参数的实时监测。这种方法在确保老炼效果、优化老炼时间、节省成本、失效机理分析等方面具有优势，适用于复杂的超大规模集成电路。

3 老炼对集成电路静态电源电流的影响

3.1 正常器件老炼时器件静态电源电流随时间变化

正常器件老炼时，器件的静态电源电流会随时间的加长有少量变大，但还是满足器件详细规范要求的电流极限值，只有个别有工艺缺陷的器件才会在老炼过程中出现静态电源电流不稳定状态，而这种器件会在老炼后的参数测试时被剔除掉。通过监测一款CMOS器件在老炼过程中静态电源电流随时间的变化情况（见图1），可以很清楚的了解到老炼的重要作用。

图1 正常器件测试数据表

如图1所示，5＃器件在老炼过程中静态电源电流变化较大，而该器件在老炼后的高温测试值为24.8μA，也超出了详细规范10.0μA的规定值。由以上数据可以看出老炼可以有效的剔除早期失效的产品，保证产品的可靠性。

3.2 有工艺缺陷的器件老炼时器件静态电源电流随时间的变化

存在某种工艺缺陷的器件在老炼过程中器件的参数特性会发生很大变化，直至超出器件详细规范规定的极限值。以一款CMOS集成电路为例，对该器件10只样品进行老炼过程的实时监控，每8小时进行一次静态电源电流（规范要求≤10μA）测试，得出如图2静态电源电流随老炼时间变化的曲线图。

从图2可以清楚地看到，该器件从第四次测试（即32小时老炼后测试）后静态电源电流就显示为超差状态，判定该批器件存在很严重的工艺缺陷。可以通过后续的失效分析找出失效原因，这也是集成电路失效分析和工艺方面的研究课题。

图2 有缺陷器件测试数据表

4 结束语

老炼是集成电路筛选过程中必不可少的一项试验，虽然老炼增加了生产成本，但却可以提高器件的可靠性，提高产品质量。而且，通过老炼过程中监控器件静态电源电流的变化，可以清楚地发现器件的早期失效情况，经过分析后可以很好地反馈到器件的生产加工过程中去，为集成电路的设计、加工和生产提供良好的依据。

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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，辽宁省葫芦岛市人，高级工程师，主研方向：集成电路检测技术研究。

2015-03-13