半导体集成电路可靠性测试及其数据处理方法

2018-11-14长电科技滁州有限公司邱冬冬

电子世界 2018年20期

长电科技（滁州）有限公司邱冬冬

研究人员在对产品使用时间进行分析中，产品的可靠性至关重要，可靠性目前是检验产品质量很重要的一个项目，它能够明确反映产品质量。在运用全新工艺和材料的条件下，常见的半导体集成电路线宽逐渐降低，所以科研人员就要提升其集成度，因此半导体集成电路可靠性的要求也更加严格。本文主要对半导体集成电路的可靠性测试进行了介绍，并分析了处理数据的两种方法，即热载流子注入测试和栅氧化层测试，希望对半导体集成电路的研发有所帮助。

随着科技的进步，相关行业对半导体集成电路的性能要求越来越高，这些要求使半导体集成电路在制作时工艺制造趋向复杂化，结构制作也更精细。为了集成电路的可靠性能经得住检验，同时减少生产本钱，半导体集成电路可靠性的测试就显得很有必要了。

1.半导体集成电路的可靠性测试

1.1 半导体的可靠性

当前，使用被动筛选的方式是我国国内检验半导体可靠性的重要方法，然而这种方法需要投入大量人力物力，利用原始的人工筛选方式将可靠性不达标的半导体筛选出来，效率极低。同时这种方法耗时长、成本高，最重要的是，这种方法无法从根本上提高半导体的可靠性。因此，当前需要知道在什么条件下才能制作出可靠性能高的半导体，从而进一步避免半导体使用过程中发生失效。这就要求我们综合考虑制作周期、制作工艺、制作条件对半导体可靠性能的影响，通过科学的数据分析对半导体进行设计。

1.2 半导体集成电路工艺的可靠性

如果想最大限度的提高半导体集成电路的可靠性，采用的主要方法就是加强对制造工艺的研究，这个研究是可靠性提升的关键。在集成电路可靠性的研究中，分析制造工艺能够在哪些方面影响半导体集成电路可靠性的使用，保证可靠性的工艺进行重要的监测与控制，构造集成电路产品可靠性的评价规范程序和方法，这些工作都是能够保障半导体集成电路可靠性的研究，因此，要保证产品实物的可靠性，就必须要保证生产工艺的可靠性。

在研究评价制造工艺的可靠性中，半导体集成电路可靠性对产品的质量以及使用时间有着重要的影响，集成电路生产工艺的可靠性同样重要，两者共同点都是以高标准的制作工艺作为基础，以此来保证半导体集成电路成品的可靠性。在实际生产过程中，主要方法就是控制产品微电子结构的可靠性，同时利用电子加速试验得到相关数据，建立数据模拟的平台，最大程度的保障生产工艺的可靠性。在后续的工序中，利用我国目前高标准的生产流程和工艺生产线，能够保证生产出的产品拥有极高的质量。成品制作完成后，在储藏运输的过程中，再利用国内先进的封存包装技术和密封运输，能够使产品可靠性得到的保障。

1.3 评价半导体原件可靠性保持的时间

半导体在我们日常生活所见的电器元件中扮演者不可或缺的角色，半导体的可靠性直接影响了电器元件的可靠性。半导体可靠性越高，电器元件的可靠性才会越强。因此，为了电器元件更好的使用效果，研究半导体原件的可靠性变得尤为重要。其中在对半导体元件可靠性测试中，可靠性评价是我们常用的方法。通过借助专业的工具，用仿真模拟的方式对半导体产品质量、使用寿命、元件失效率进行评价，通过这些评价，我们可以很直观的测量出半导体元件的可靠性。在这些评价方法中，使用寿命是评定半导体元件可靠性的重要指标。如何评定半导体元件使用寿命，我们选择的方法是：选择高可靠性的集成产品，比如军用产品，通过对产品的参数进行分析，运用一般研究产品使用寿命的评定方法，在实际操作中通过对影响元件使用寿命的外界环境进行控制，查看产品可靠性指标的衰减速度，从而推出算出产品的使用寿命。

2.注入热载流的测试数据技术和处理数据方法

2.1 注入热载流子的测试

在半导体集成电路可靠性的评估中，最重要的一步就是在半导体生产过程中，加入热载流子的测试，通过热载流子的干预，观察半导体实际能量下费米能级的变化。我们都知道，半导体集成电路的器件里，原电压的遗留会造成热载流子的漏电极限，从而在它的周围会出现强度很高的电场，一旦载流子进入其中，就会因为高能量变成热载流子，并且在这时会出现新电子空穴对，两者反应便会影响集成电路的可靠性。因此，再加入强电场的情况下，电离发生的速度越来越快，热载流子通过这种方式不断提升自身的能量等级，经过一段时间后能量趋于稳定。使用这种方法，就可以保证热载流子在反应过程中各个参数保持在正常水平。

2.2 数据的处理方法

在处理元器件集成电路的热载流子实验数据时，通常有着具体的操作流程。一般情况下，该实验的变换量电性与时间成比例，表现为幂函数关系。电性参数公式计算公式为：

其中P（0）为参数原始数据；P（t）为 t 时刻电性参数发生的演变量。此外，时间的间隔要选择数字来表达此外，时间的间隔要选择数字来表达，例如1s、2s、3s。

在对热载流子的稳定性进行测试时，半导体集成电路通过不同的数据处理，能够得到相对应的测试参数。并且在之后热载流子的试验完成后，处理相关的数据时，将提前确定的各项参数与实验数据相对应，直到得出的数据与预先设计的参数相符合。在后续的热载流子实验中，使用不同的样本测验的方法也不一样。通过这些不同时间内选择的热载流子周期和寿命，可以使实验的结果更具说服力。热载流子试验中的寿命模型公式：

公式中H代表拟合的线性参数，IWB代表衬底电流，Id代表漏电流，W 为栅的宽度。

3.测试栅氧化层的技术和处理数据方法

在半导体集成电路的制作过程中，栅氧化层有着重要的作用。如果扩大了集成电路的规模，那么集成电路的厚度也随之提升；如果减小元器件的质量，它的厚度也随之减小。由于栅氧化层有着很重要的作用，因此保障它的可靠性受到科研人员的重视。如果栅氧化层出现可靠性的问题，通常这些问题会出在缺陷密度、介质击穿方面。因此，在栅氧化层的测验中主要采取的措施是：在相同时间节点上要联系各因素作为对象，然后对其采取击穿测试、斜坡电压的测试。

3.1 斜坡电压的测试

斜坡电压测试实验就是将高强度的斜坡电压加到栅极的线性上，之后随着电压不断增高，便会发生击穿现象。斜坡电流实验与斜坡电压不同，斜坡电流测验时，实验人员会将一定量的斜坡电流添加到栅极上，随着电流的增强，养护层将会被击穿。这两种斜坡实验，都是研究栅氧化层在存在缺陷的情况下，它的密度是如何变化的。一般情况下，实验人员会将一定范围内的电压加在栅氧化层上，如果氧化层被击穿，则说明加入的电压超过了承受电压，进而证明了栅氧化层存在缺陷，是处于一个无效的状态。这时实验人员就可以通过Poisson分布为前提的成品率公式将这种缺陷计算出来，在计算成品率的公式中Y为成品率，就是有效的产品在总产品中所占的比例；A是被测验样品所占的面积；Do是该缺陷存在状态下的密度。利用到斜坡电流和斜坡电压实验中得出的数据，带入到相应的计算公式中就可以得出成品率，同时也能够得出样品的面积缺陷密度。如果得出的数据偏离正常的范围，则说明缺陷密度的设置不符合设置标准。