門　月

[摘要]通過分析集成電路失效類型與諸影響因素的關(guān)系，對集成電路可靠性進(jìn)行理論的探討，從而提高我國集成電路的競爭力，開創(chuàng)我國集成電路發(fā)展新局面。

[關(guān)鍵詞]集成電路 可靠性 集成電路產(chǎn)業(yè)

中圖分類號：TN4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0220033－01

一、集成電路工作原理及影響集成電路可靠性的主要因素

集成電路（Integrated Circuit，通常簡稱IC），又稱為集成電路。是指將很多微電子器件集成在芯片上的一種高級微電子器件。通常使用硅為基礎(chǔ)材料，在上面通過擴(kuò)散或滲透技術(shù)形成N型和P型半導(dǎo)體及P-N結(jié)。在硅板上集合多種電子元器件實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電路模塊。它是電子設(shè)備中最重要的部分，承擔(dān)著運(yùn)算和存儲的功能。集成電路是20世紀(jì)重要的發(fā)明之一。集成電路是半導(dǎo)體集成電路，即以半導(dǎo)體材料為基片，將至少有一個是有源元件的兩個以上元件和部分或者全部互連線路集成在基片之中或者基片之上，以執(zhí)行某種電子功能的中間產(chǎn)品或者最終產(chǎn)品；主要是靠半導(dǎo)體的電子和空穴的導(dǎo)電能力來導(dǎo)電，在半導(dǎo)體內(nèi)部形成電流，最后通過引線及引腳將電流信號輸入/輸出，實(shí)現(xiàn)器件和系統(tǒng)的基本功能。

集成電路的種類一般是以內(nèi)含晶體管等電子組件的數(shù)量來分類：SSI（小型集成電路），晶體管數(shù)10～100；MSI（中型集成電路），晶體管數(shù)100～1,000；LSI（大規(guī)模集成電路），晶體管數(shù)1,000～10,000；VLSI（超大規(guī)模集成電路），晶體管數(shù)100,000～1000,000；ULSI（甚大規(guī)模集成電路）1000萬以上。按用途分有很多種，如音頻集成電路，音樂集成電路，運(yùn)放集成電路，解碼集成電路，電視小信號集成電路，微處理器集成電路。

半導(dǎo)體集成電路門類繁多，其原理、設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)既有共同之處又各具特點(diǎn)。電路的失效不僅與生產(chǎn)條件和水平有關(guān)，還取決于使用中施加的電應(yīng)力和所處的環(huán)境。大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，集成電路的失效可分為兩類：（1）第Ⅰ類：內(nèi)部失效包括使用中過電應(yīng)力引起的失效和芯片材料缺陷以及工藝缺陷引起的失效。（2）第Ⅱ類：外部失效包括封裝失效和內(nèi)、外引線失效。隨著芯片工藝技術(shù)的成熟，生產(chǎn)線控制能力的增強(qiáng)，第Ⅰ類失效會越來越少。另一方面，集成電路的應(yīng)用范圍越來越廣闊，越來越復(fù)雜，對器件封裝技術(shù)的要求越來越高。因而，總的趨勢是芯片內(nèi)部失效減少了，而外部結(jié)構(gòu)失效顯得突出。

二、可靠性分析

1．集成電路常見失效模式分析及控制方法。1.集成電路常見物理失效模型介紹集成電路常見的失效物理模型有ESD靜電放電模型和LATCH-UP損傷模型。在實(shí)際工作中ESD失效模型又可分為：HBM(hnman-body model)人體放電模型、MM(Machine Model)機(jī)器放電模型、CDM(Charged-Device Model)充電兒件模型等。在實(shí)際工作中，從最終客戶端統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)ESD損傷和LATCH-UP損傷占整個IC（DDR SDRAM人規(guī)模集成電路）失效的80%以上。從IC制造商角度出發(fā)，為客戶提供合格等級的IC產(chǎn)品是保證市場信譽(yù)的關(guān)鍵所在，從使用方法來講，應(yīng)該把IC供應(yīng)商ESD等級和IC抗閂鎖(LATCH-UP)能力，作為評價(jià)IC可靠性水平的重要指標(biāo)，有效的納入元器件優(yōu)選方案中去。

2．可靠性技術(shù)對集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。在實(shí)際工程中，不論是IC制造商還是IC使用方，常常會通過對IC可靠性指標(biāo)的評估，來決策IC批產(chǎn)品的可靠性水平等級。其中作為IC設(shè)計(jì)制造商來說，在IC產(chǎn)品設(shè)計(jì)定性、小批量試產(chǎn)、批量生產(chǎn)階段提前在試驗(yàn)室對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性指標(biāo)評估，對下一個環(huán)節(jié)的決策提供重要的數(shù)據(jù)支持。對IC使用方來說，通過抽樣的方法在實(shí)驗(yàn)室對IC進(jìn)行可靠性水平預(yù)估，來決策批產(chǎn)品的使用與否，也提供了重要的決策信息。

3．可測試性度量。對于靜電敏感的電子元器件，其內(nèi)部雖然已進(jìn)行防靜電設(shè)計(jì)，但是其防護(hù)能力是有限的。所以在器件使用時應(yīng)采取相應(yīng)的措施，防止_靜電損傷。一般性原則是：避免靜電源的產(chǎn)生，消除靜電，設(shè)法加速靜電荷泄漏，防止靜電荷積累。

對于故障電路和正常電路電流的差別，我們需要制訂某個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行度量。一個可行的可測試性度量標(biāo)準(zhǔn)為：

其中，和分別表示電路加入向量(V0,V1)后正常和故障兩種情況下電路的邏輯加權(quán)上跳變總數(shù)，而和分別表示電路加入向量(V0,V1)后正常和故障兩種情況下電路的邏輯加權(quán)上跳變總數(shù)。當(dāng)△值越大，正常電路和故障電路的差別越大。本文使用由貝葉斯優(yōu)化算法搜索得到的使得正常電路與故障電路差別最大的測試向量序列(V0,V1,V0)作為測試生成的結(jié)果，當(dāng)△>5時，我們認(rèn)為該故障可以用(V0,V1,V0)測試出來。全速電流測試尚處于研究階段，在已有基礎(chǔ)上對對象進(jìn)行了可行性分析與驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明全速電流測試對固定型故障是一種較為有效的測試方法。

產(chǎn)品的發(fā)展除了高性能以外還要有高質(zhì)量與高可靠性，當(dāng)器件的尺寸持續(xù)縮小時，器件的可靠性顯得越來越重要。因此對于引起器件失效的機(jī)制需要進(jìn)行深入的研究并發(fā)展出正確且適當(dāng)?shù)募铀贉y試方法去預(yù)測壽命值?？煽啃栽u價(jià)試驗(yàn)可以采用圓片級與封裝級兩種形式，是現(xiàn)代VLSI工藝線可靠性保證的重要環(huán)節(jié)，主要的應(yīng)用在以下三個方面：（1）主要失效機(jī)理的可靠性評價(jià)。（2）可靠性模型測試提取。（3）工藝可靠性監(jiān)測。

三、我國集成電路產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展

中國集成電路產(chǎn)業(yè)要形成以設(shè)計(jì)業(yè)為龍頭，制造業(yè)為核心，設(shè)備制造和配套產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)的較為完整的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈，“必須拋棄不現(xiàn)實(shí)的速勝論幻想，要樹立自主創(chuàng)新的信心和勇氣。只有這樣，我們才能在相對較短的時間內(nèi)縮小與發(fā)達(dá)國家的距離。與此同時，要加快制定和真正落實(shí)國家有關(guān)進(jìn)一步鼓勵軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)優(yōu)惠政策，讓企業(yè)享受到這些政策的實(shí)惠?！?/p>

目前，中國IC產(chǎn)業(yè)已有了一定規(guī)模和發(fā)展基礎(chǔ)。但從總體發(fā)展?fàn)顩r來說，產(chǎn)業(yè)仍比較弱小。需要繼續(xù)發(fā)展對外合作，而且資金、技術(shù)、人才、市場，都要按照國際化的特點(diǎn)考慮。特別是技術(shù)引進(jìn)和項(xiàng)目建設(shè)中，要重點(diǎn)部署引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新。同時，各個地區(qū)要根據(jù)國家統(tǒng)一規(guī)劃，結(jié)合本地區(qū)優(yōu)勢，結(jié)合各地國家電子信息產(chǎn)業(yè)園區(qū)和集成電路基地的建設(shè)，在產(chǎn)業(yè)鏈中尋找出自己的位置，避免低水平重復(fù)建設(shè)。只有這樣，才有利于開創(chuàng)我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新局面。

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