VLSI铜互连可靠性TDDB特性及其寿命评估模型研究
电气设备寿命仿真与可靠性评估
电气设备寿命仿真与可靠性评估电气设备的寿命和可靠性评估是工程领域中重要的研究方向之一。
在电力系统、工业自动化、交通运输等领域，电气设备的正常运行对于保障生产和生活的持续性至关重要。
本文将探讨电气设备寿命仿真与可靠性评估的方法与应用。
一、电气设备寿命仿真技术电气设备寿命仿真是通过建立设备的数学模型，结合实际工况和环境因素，预测设备的寿命和故障概率。
这项技术的发展使得电气设备的寿命评估更加精确，有助于制定科学的维护计划和设备更新策略。
1.1 数学模型建立电气设备寿命仿真的第一步是建立设备的数学模型。
模型的建立需要考虑设备的结构、工作原理、运行状态和故障模式等因素。
常用的模型包括物理模型、统计模型和可靠性模型等，可以基于概率论、统计学和模拟技术等方法来构建。
1.2 工况与环境因素考虑在电气设备寿命仿真中，工况和环境因素的考虑是非常重要的。
电气设备的工作条件和环境因素会直接影响设备的寿命和可靠性。
例如，温度、湿度、电压波动等因素都会对设备的寿命产生影响。
因此，合理地考虑这些因素对设备寿命的影响是进行仿真评估的关键。
二、电气设备可靠性评估方法电气设备可靠性评估是对设备在规定时间内正常运行的能力进行评估。
可靠性评估可以帮助工程师预测设备的故障概率，制定维护计划，提高工作效率和降低成本。
2.1 可靠性指标可靠性评估的第一步是确定可靠性指标。
常见的可靠性指标包括失效率、平均无故障时间（MTTF）、平均故障间隔时间（MTBF）等。
这些指标可以 quantitatively 衡量设备的可靠性和故障概率，是进行可靠性评估的基础。
2.2 数据分析与统计可靠性评估需要进行大量的数据分析与统计工作。
通过采集设备的运行数据和故障数据，对数据进行分析，可以获取设备的寿命分布、故障模式和故障概率等信息。
常用的统计方法包括可靠性增长模型、故障模式分析、生存分析等。
2.3 可靠性增长与维护策略可靠性增长是通过定期维护和改进设备，提高设备的可靠性和延长设备的寿命。
超深亚微米集成电路的铜互连技术布线工艺与可靠性
而且只需要进行导电金属层的ＣＭＰ工艺，所以减少了互连工艺的步骤和时间，使制造成本得以降低．图３给
出了通常采用的大马士革工艺流程．
图３ 双大马士革工艺
双大马士革工艺的具体步骤：１）淀积第ｌ层电介质层，进行化学机械抛光（最终的厚度就是通孔的深
万方数据
５８
西安电子科技大学学报（自然科学版）
第３２卷
度）；２）进行氮化物的淀积；３）光刻形成通孔图形；４）通孔图形刻蚀（得到图３（ａ））；５）淀积第２层电介质层，进 行化学机械抛光（最终的厚度是金属线的深度）；６）光刻形成通孔和金属互连线的图形（得到图３（ｂ））；７）刻蚀 电介质层（得到图３（ｃ））；８）淀积阻挡层；９）填充ｃｕ金属（得到图３（ｄ））；１０）ＣＭＰ加工ｃｕ金属层（得到图３（ｅ））．
２ Ｃｕ互连技术中的可靠性问题
Ｃｕ互连技术的可靠性是一个重要的问题，涉及到电迁移、应力迁移、热循环稳定性、介电应力、热导率等 问题．
对于互连介质层（包括低ｋ材料、防止ｃｕ扩散的介质阻挡层材料），其可靠性问题涉及高电压应力、高的 温度循环应力、介质导热对介电性能的影响．对于互连介质材料来说，希望尽可能低的介电常数和尽可能高 的击穿特性．互连介质的可靠性特征通常与材料性质、制备工艺、材料和工艺的兼容性密切相关．对于互连材 料来说，必须保持稳定的电学性质（如平带电压和泄漏电流），其中研究在高的电压应力和温度循环应力的作 用下，介质材料的Ｃ－Ｖ和，．ｙ特性的变化是研究其电学稳定性的常用手段”．８ Ｊ．研究互连介质层Ｃｕ的污染、 应力迁移、温度循环、时间依赖的介电击穿（ＴＤＤＢ）特性是分析互连介质层可靠性的常用手段Ｌ９ｊ．
ｃｕ在Ｓｉ及其氧化物和低ｋ介质中扩散得非常快，这就需要一个势垒层来保护这些介质层．势垒层材料 包括了介质势垒层和导电势垒层，起着阻止Ｃｕ扩散、改善Ｃｕ与介电材料粘附性的作用，同时势垒层材料还 应该适合ＣＭＰ技术［５］．
半导体可靠性分析
B型式----異質性崩潰(Extrinsic Breakdown)
– –
– – –
C型式----本質性崩潰(Intrinsic Breakdown) 崩潰模式之定義: A型式為小於2MV/cm; B型式則為小於 8MV/cm大於 2MV/cm C型式為大於8MV/cm
–
7
氧化矽膜之可靠度量測 (4)
– – – – 晶片貼合(Die Bonding) 焊接技術(Wire Bonding) 密封技術(Sealing) 膠封(Encapsulate)
•
右圖塑膠封裝技術中，有關影響元件 失效之因素。
– 其中之原裝時之龜裂現象(Crack)，將 導致水氣滲入IC元件中，而用高分子 之聚亞醯胺(Polyimide)，因分子很大， 可吸入α輻射，使其影響度降至最低。 銲接時材料，銲墊表面之污染、錫膏 量，錫球之平整度、基板及承載體的 水平度;以及熔焊時間等等諸多因素。
5. CMOS門閂閉鎖現象 (COMS Latch-up) 門閂閉鎖現象 6. 封裝技術之可靠度 (Package Technology) 三、故障之機率分析函數 四、可靠度測試方法 五、加速測試因子與取樣數
1
可靠度分析 (Reliability Analysis)
•
可靠度分析：
– 藉著研究元件的物理機制 物理機制，並利 物理機制 用數學統計 數學統計之分析技巧，以進行 數學統計 元件評估改善之工作，期能完整 元件評估 地預測出元件之生命週期，再將 其分析結果反應在製程上，求得 製程參數的改進，如此更可確保 元件衰退期的延緩，降低隱藏式 之缺陷，而最終目的是提高產品 產品 的良率 。
•
斜坡電壓和電流之測試方法 ：
– –
–
电力电子技术中的电力电子器件的寿命评估方法有哪些
电力电子技术中的电力电子器件的寿命评估方法有哪些电力电子器件作为电力电子技术的重要组成部分，对于电力系统的可靠性和稳定性起着关键作用。
然而，由于工作条件的严苛以及器件自身的特殊性，电力电子器件容易受到各种外界因素的影响，导致寿命缩短或出现故障。
因此，准确评估电力电子器件的寿命显得尤为重要。
一、寿命评估方法介绍为了准确评估电力电子器件的寿命，研究人员提出了多种评估方法，包括可靠性预测、实验验证和仿真模拟等。
1. 可靠性预测方法可靠性预测是通过对电力电子器件的工作条件和环境因素进行分析，建立起数学模型，并根据模型对器件的寿命进行预测。
常见的可靠性预测方法包括MTBF（Mean Time Between Failures，平均无故障时间）分析、Weibull分析、Markov模型等。
MTBF分析是一种基于故障数据统计的可靠性预测方法，通过对大量故障数据的收集和分析，得出器件的平均寿命。
Weibull分析则是基于Weibull分布函数的可靠性评估方法，可以得到故障率随时间的变化情况。
Markov模型则是一种通过状态转移的方式，对器件的寿命进行预测和分析的方法。
2. 实验验证方法实验验证方法是通过搭建实验平台，对电力电子器件进行加速寿命实验以及可靠性实验，以获取器件在不同工作条件下的寿命信息。
加速寿命实验是一种通过提高环境中的应力水平，加快器件的老化过程以评估其寿命的方法，常见的加速寿命实验包括高温寿命实验、温度循环实验和阻变实验等。
可靠性实验则是通过长时间的工作和测试，观察器件在实际工作条件下的寿命表现，以验证寿命模型的有效性。
3. 仿真模拟方法仿真模拟方法是通过建立电力电子器件的数学模型，利用计算机软件对器件的工作状态和特性进行模拟分析，以评估器件的寿命。
常用的仿真模拟软件包括SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）、ANSYS等，通过对电力电子器件的硬件和软件进行仿真模拟，可以得到器件的温度分布、电流分布、应力分布等关键参数，从而预测器件的寿命。
超大规模集成电路测试技术综述
超大规模集成电路测试技术综述韦紫菱; 常郝【期刊名称】《《电子世界》》【年(卷),期】2019(000)015【总页数】3页(P122-123,126)【作者】韦紫菱; 常郝【作者单位】安徽财经大学计算机科学与技术系【正文语种】中文随着纳米制造技术和集成电路系统的高速发展，超大规模集成电路（VLSI）的内部结构越来越复杂，其测试难度越来越大、测试成本越来越高，本文对目前广泛应用的超大规模集成电路测试技术进行了总结和分类，分析了他们的特性和适用范畴，为今后对VLSI测试技术的研究提供了有效的理论依据。
1. 引言随着纳米制造技术和集成电路系统的高速发展，电路规模日益增大，超大规模集成电路（VLSI）的内部结构越来越复杂，其测试难度越来越大、测试成本越来越高，VLSI制造过程总开销中测试开销所占比例不断增加，并且超大规模集成电路的测试用过去常规的测试方法已经无法测试出故障或者测试的成本已经超出了测试的意义，于是对VLSI测试技术的研究和优化成为了测试工程师们研究的热点。
目前一个VLSI芯片的实现过程主要需要五个过程：首先从用户那确定需求，审查之后进入书写功能模范阶段，再次审查之后就会进入设计和测试开发，通过设计验证之后就开始加工制造，之后只有通过了工艺过程测试和失效模式分析才可以进行生产测试阶段，而本文所说的“测试”就是对加工制造过程的测试，通过分析上述芯片的生产过程可知，测试穿插在制造过程中的每一个进程，并不止是在芯片制造后才进行，是芯片制造过程中一个必不可少、至关重要的过程，生产测试之后会再次进行失效模式分析，当再次通过失效模式分析，就会成为用户手上一个功能强大的超大规模集成电路芯片。
VLSI测试就是在输入端发送多个测试信号，通过比较输出端的输出结果与预期的无故障电路的正确输出结果，如果比较结果相同则表示该测试电路无故障，不相同则表示电路有故障，并且可以通过分析测试电路的输出结果得到故障的类型。
显而易见，超大规模集成电路的品质和测试电路与测试技术联系紧密。
微电子器件的可靠性评估与寿命预测技术研究
微电子器件的可靠性评估与寿命预测技术研究随着微电子器件在各行各业的广泛应用，其可靠性评估与寿命预测成为了关键的研究内容。
微电子器件的可靠性评估主要是通过对器件的可靠性参数进行测试和分析，如可靠性试验、可靠性分析等方法，从而确定器件在特定条件下的可靠性。
首先，可靠性试验是评估微电子器件可靠性的重要手段之一、常用的可靠性试验方法有老化试验、温度循环试验、湿热试验等。
老化试验是将器件置于异常工作条件下，通过加速老化的手段观察器件的失效情况，以获取其可靠性信息。
温度循环试验则是将器件在不同温度条件下循环加热和冷却，目的是模拟器件在实际工作过程中受到的温度变化，从而评估器件的可靠性。
湿热试验是将器件置于高温高湿的环境中进行老化，以检测器件对湿度的敏感性和稳定性。
通过这些试验，可以获得器件在实际使用过程中的可靠性表现，并对器件的失效机制和失效率进行研究和分析。
其次，可靠性分析是评估器件可靠性的关键方法之一、可靠性分析主要是通过故障数据统计和分析来获得器件的可靠性指标。
常用的方法包括可靠性均匀度分析、可靠性指标的估计和预测等。
可靠性均匀度分析通过对器件的统计数据进行分析，得到器件的可靠性分布情况，从而评估其可靠性水平和稳定性。
可靠性指标的估计和预测则是通过建立可靠性模型，利用统计和数学方法对器件的失效率进行估计和预测。
这些方法可以为研发人员提供可靠性评估和预测的依据，从而有针对性地改进器件设计和制造工艺，提高器件的可靠性。
最后，寿命预测是评估器件可靠性的重要内容之一、通过对器件的负载和环境条件进行测量和分析，可以预测器件的寿命情况。
寿命预测方法包括物理性能寿命模型和可靠性寿命模型两种。
物理性能寿命模型是基于器件的物理机制和性能参数建立的寿命模型，通过对器件的物理过程进行建模和仿真，预测器件的寿命情况。
可靠性寿命模型则是基于可靠性参数建立的寿命模型，通过对器件的可靠性数据进行统计和分析，预测器件的寿命情况。
这些寿命预测模型为制造商和使用者提供了预测器件寿命的依据，能够在产品设计和选择上起到重要的指导作用。
电缆线路剩余寿命评估模型研究
电缆线路剩余寿命评估模型研究研究目标本研究的目标是开发一种可靠的电缆线路剩余寿命评估模型，以帮助电力行业预测电缆线路的剩余寿命，并提供合理的维护和修复策略。
通过准确评估电缆线路的剩余寿命，可以及早采取措施防止电缆故障和电力中断，提高电缆线路的可靠性和可用性。
方法1.数据收集：收集大量电缆线路的历史运行数据，包括电流、温度、湿度等环境参数，以及电缆线路的技术指标和维护记录。
2.特征提取：根据收集的数据，提取与电缆线路寿命相关的特征，包括电缆的年龄、负荷变化、环境因素等。
3.数据预处理：对收集到的数据进行清洗、缺失值填充、异常值处理等预处理步骤，以保证数据的准确性和一致性。
4.特征选择：根据相关性分析和统计方法，选择对电缆线路寿命有较大影响的特征，以降低模型复杂度和提高预测性能。
5.建立模型：根据选定的特征，采用机器学习或统计学方法建立电缆线路剩余寿命评估模型，如决策树、支持向量机、神经网络等。
6.模型训练与验证：使用部分数据进行模型训练，并利用剩余数据进行模型验证和评估，调整模型参数以提高模型性能。
7.模型评估与优化：使用评价指标如均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）等评估模型的预测精度，根据评估结果对模型进行优化和改进。
8.算法解释：对建立的模型进行解释和分析，了解特征的重要性和模型的预测原理，为决策提供参考依据。
发现通过对电缆线路剩余寿命评估的深入研究，我们发现以下几点重要发现：1.环境参数对电缆线路寿命的影响较大：温度、湿度等环境参数会直接影响电缆线路的绝缘性能和导电性能，进而影响剩余寿命的预测。
2.负荷变化对电缆线路寿命的影响较大：电缆线路的负荷变化会导致电流的波动，进而影响电缆线路寿命的衰退速度。
3.电缆线路年龄是重要的衰退因素：随着电缆线路使用年限的增加，电缆的绝缘性能和导电性能会衰退，从而降低剩余寿命。
4.不同类型的电缆线路具有不同的寿命特征：不同绝缘材料、电线规格和生产工艺的电缆线路，在剩余寿命的评估中可能会有差异。
纳米MOS器件总剂量效应及TDDB应力耦合研究
纳米MOS器件总剂量效应及TDDB应力耦合研究纳米MOS器件总剂量效应及TDDB应力耦合研究引言：随着纳米尺度摩尔定律的发展，纳米MOS器件逐渐成为集成电路中最重要的构建单元之一。
然而，纳米MOS器件在长期运行过程中会受到总剂量效应和时序击穿失效（TDDB）应力耦合的影响，进而限制其可靠性和寿命。
本文旨在研究纳米MOS器件在总剂量效应和TDDB应力耦合下的行为和特性，并探讨可能的解决方案。
总剂量效应对纳米MOS器件影响：总剂量效应主要指在长期辐照下，器件性能的退化和不可逆损伤。
辐照会导致载流子陷阱的生成与积聚，并造成电阻增加、漏电流增大等不良效应。
特别是对于纳米尺度下的器件，由于其尺寸更小、电场更强，总剂量效应会更加显著。
为了减小总剂量效应的影响，研究者提出了多种解决方案，包括工艺优化、材料改进和氧化层质量改善等。
TDDB应力耦合对纳米MOS器件影响：TDDB应力耦合是纳米MOS器件中的另一个重要失效机制。
其原因在于长时间高温下，由于热应力导致器件内部存在着较大的介电与导体之间的应力差，进而产生氧化层断裂、钝化改变、金属线材料迁移等效应。
这些效应会导致器件的漏电流增加、速度变慢等现象。
为了应对TDDB应力耦合，研究者提出了多种改进方案，包括改变器件结构、优化材料和引入应力缓解层等。
纳米MOS器件在总剂量效应和TDDB应力耦合下的行为：实验研究表明，纳米MOS器件在总剂量效应和TDDB应力耦合下会出现不同的行为和特性。
总剂量效应下，器件的漏电流会增加，导致功耗增加，信号传输速度下降。
此外，总剂量效应还会导致器件的电阻增加和击穿电压降低，从而限制了器件的工作温度范围。
而在TDDB应力耦合下，器件漏电流会明显增加，降低其可靠性和寿命。
此外，TDDB应力耦合还会引起钝化改变，造成导线的断裂和金属线材料的迁移。
解决方案与展望：为了解决纳米MOS器件在总剂量效应和TDDB应力耦合下的问题，研究者推出了一系列改进方案。
tddb测试方法
tddb测试方法TDDB测试，这名字听起来是不是有点神秘呢？其实呀，它就是时间相关介质击穿测试（Time - Dependent Dielectric Breakdown）啦。
那这个测试是干嘛的呢？简单来说，它主要是用来测试像绝缘材料或者半导体器件这些东西的可靠性的。
就好比给这些材料或者器件来一场耐力大考验。
在进行TDDB测试的时候呢，我们得先准备好测试的样品。
这个样品呀，得是那种能够代表我们实际要检测的东西的。
比如说，如果我们要检测某种芯片的可靠性，那这个样品芯片就得是按照正常生产流程做出来的，不能是那种特制的、和实际产品不一样的芯片哦。
然后呢，我们要给这个样品加上合适的电压。
这个电压的大小可不能随便定呢，要根据这个样品的特性还有我们想要得到的测试结果来确定。
这就像是给运动员制定合适的训练强度一样，太轻了没效果，太重了可能就把样品给弄坏了，那就得不到准确的结果啦。
在加电压的过程中呢，我们就要开始观察样品的反应啦。
看看什么时候会出现介质击穿的现象。
这就像是看着一个小种子什么时候发芽一样，得特别仔细。
一旦发现击穿了，就要马上记录下这个时间。
这个时间可是很关键的数据哦，它能告诉我们这个样品在这样的电压下能坚持多久呢。
还有哦，测试的环境也很重要呢。
温度、湿度这些因素都会影响测试的结果。
就像我们人在不同的天气里状态不一样，样品在不同的环境下表现也会不同。
所以呀，我们要把测试环境控制好，这样才能得到比较准确的结果。
TDDB测试虽然听起来有点复杂，但只要我们一步一步按照正确的方法来做，就能够得到很有用的关于材料或者器件可靠性的信息啦。
这就像是解开一个小谜题一样，当我们最后得到准确结果的时候，那种感觉就像是找到了宝藏一样开心呢。
TDDSS可信性评测模型的研究的开题报告
TDDSS可信性评测模型的研究的开题报告一、研究背景和意义随着信息化建设的不断推进，各行各业都越来越依赖于软件系统，软件系统的健壮性和可靠性越来越成为人们关注的焦点。
而测试是评估软件质量的一种重要手段，其中测试用例的设计和执行对软件的质量至关重要。
近年来，测试驱动开发（TDD）作为一种软件开发方法，受到了越来越多的关注，将测试作为开发的一部分，强调测试用例在开发过程中的作用。
TDD与传统的软件开发方法相比，可以在较早的阶段发现并解决问题，减少测试成本和时间，提高软件质量。
但是，测试用例的质量会影响TDD的效果。
TDD依赖于测试用例的设计和实现，测试用例的质量如何影响TDD的可靠性和有效性尚未得到充分研究。
因此，设计一种可信性评测模型，对TDD的效果进行评估和优化，对提高软件开发效率和质量具有重要的意义。
二、研究目标本研究的目标是设计一种TDDSS可信性评测模型，能够对TDD过程中测试用例的质量进行评估，指导软件开发人员进行测试用例的设计、实现和执行，提高软件系统的可靠性和质量。
三、研究内容1. TDDSS的概念和原理介绍测试驱动开发与传统软件开发方法的区别和优势，以及TDD在软件开发中的应用和实现。
2. TDDSS可信性评测模型的设计根据TDDSS的特点，设计可信性评测模型，包括评估指标和评估方法。
3. TDDSS可信性评测模型的实现和验证设计和实现TDDSS可信性评测模型，对该模型进行实验和验证，评估其效果和实用性。
四、研究方法本研究采用文献研究和实验研究相结合的方法。
文献研究包括对TDD、软件测试、软件质量等相关领域的文献的搜集和分析，了解已有研究的成果和方法。
实验研究采用案例研究和实验验证的方法，应用设计的TDDSS可信性评测模型进行实验，验证模型的有效性和实用性。
五、论文结构本论文共分为六个部分：第一部分为绪论，介绍本研究的背景和意义、研究目标和内容、研究方法和论文结构。
第二部分为TDDSS的概念和原理，介绍测试驱动开发的基本概念和原理。
Cu互连失效性的分析与研究的开题报告
Cu互连失效性的分析与研究的开题报告【题目】Cu互连失效性的分析与研究【选题背景和意义】Cu互连作为微电子封装领域的重要组成部分，已经被广泛应用于集成电路各个层面的连接，如芯片层内互连、芯片层外互连、印制电路板互连等。
然而，由于其使用环境以及制造工艺的不同，Cu互连在长期使用或制造过程中可能存在各种失效现象，如Cu互连的老化、断裂、低温断裂、退化以及腐蚀等问题，这些问题不仅会影响电子产品的性能和寿命，还会严重影响设备的稳定性和可靠性。
因此，对Cu互连失效性的分析与研究具有十分重要的意义。
【研究内容和思路】本文计划从以下几个方面开展研究：1. Cu互连失效机理的分析：通过理论计算、实验分析和对相关文献的综合研究，探究Cu互连失效机理，分析Cu互连的失效模式及其影响因素，为后续实验考察提供理论依据。
2. Cu互连失效识别方法的研究：总结目前应用于Cu互连失效的检测方法，综述它们的优缺点，探讨开发新的技术手段来提高Cu互连的失效检测能力。
3. 实验分析Cu互连失效特性：通过将Cu互连置于各种失效环境中进行实验，例如热循环、潮气等环境，分析Cu互连在不同失效环境下的失效特性和机理，为后续的失效检测和预防提供重要的数据支持。
4. 提出对Cu互连失效的预防和处理建议：在分析以上失效机理、识别方法和实验后，提出解决Cu互连失效问题的方案和建议，为Cu互连在微电子应用领域的更加稳定可靠的应用提供支持。
【研究计划和时间进度】研究计划分为以下几个阶段：1. 阅读文献并了解相关技术：选题确定后，开始阅读相关文献，并联系各方面的专家和学者进行讨论，了解目前的研究状况和趋势。
时间：1周。
2. 理论分析与模拟计算：根据研究目的和问题，结合前期阅读和信息收集，开始着手相关理论计算和模拟，研究Cu互连的失效机理和影响因素。
时间：4周。
3. 实验研究和数据分析：在前期理论计算和模拟的基础上，进行实验室研究，以确定Cu互连的失效性能和机制，收集和整理实验数据，并对数据进行分析和总结，为后续的数据处理和结果分析提供数据支持。
VLSI金属互连电迁移可靠性评估技术研究
表 1 损伤前后样品的电参数及噪声参数比较对照表
样品电阻
电阻变 化量
R
ΔR
损伤前 53. 1Ψ 损伤后 59. 2Ψ 10%
3 Hz功率谱密度 功率谱密
Sv ( 3Hz) (相对值 )
度变化量 Δ Sv ( 3Hz)
1. 0e-7 V2 /Hz 2. 3e-5 V2 /Hz
20 000%
从上述结果可知 ,由图 1所示测试系统测得 Al 薄膜电阻的噪声包 括两种组分: 热噪声和 1 /fr 噪 声。既然每种组分对应不同的微观产生机理 ,在可靠 性分析中各有各的作用 ,所以 ,分离这两种组分 (除 了通过硬件 实现 [12 ]外 ,还可 通过软件 测试平台 实 现 ,通过拟合所测的频谱 ,可实现这两种噪声谱幅度 和 V指数的分离 )并分别进行研究是很有必要的。热 噪声起源于载流子无规则的热运动 ,任何一个处于 绝对零度以上的导体中都存在这种噪声 ,与电迁移 过程关系不大。 1 /f r 噪声才是与由电迁移产生的过 剩噪声 ( ex cess noi se)紧密相关的组分 [ 13]。通过分析 1 /f r 噪声 ,可得到电迁移过程的若干信息 ,因此 ,研 究电迁移损伤噪声检测方法有着十分重要的现实意
金属 薄膜的电 阻变化量 不明显 , 难以 做到精 确测 2. 1 系统构成
量 [6 ] ,且测试条件较为苛刻 ,推广应用有一定困难。
电迁移噪声测试系统的构成和连接如图 1所
这些方法都是破坏性的。
示 ,为标准的 DC噪声测试系统。下面对其中的硬件
研究发现 [7 ] ,电迁移在很大程度上受金属薄膜 作一简要介绍。
Failure of VLSI Interconnections
XU E Li -jun, DU Lei , ZHU ANG Yi-qi , BAO Li , L I W ei-hua , M A Zho ng-f a
TDDB寿命测试与预测方法
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方法一：
高温恒电场栅氧化层TDDB寿命测试
实验样品是N阱MOS栅氧化电容，氧化层厚度为12.5nm，加速寿命试验是在135℃的
高温下通过施以不同的应力条件进行电路图如图一所示，并联电路中的电阻起限流作用，讲两个同种电容并联然后与外接电阻R串联。
在高温恒定电场的加速应力的条件下进行试验，R接在高温箱外，其上的电压可直接用电压表测得并联部分置于高温箱中。
所需的温度通过高温箱面板控制设置，电压应力通过电压程控。
加上应力后通过测量外接电阻R上的电压V来判断电容是否失效，并记录相应的数据。
如果V大于或者等于一定的电压值Vo（即漏电流大于或者等于某个特定值时）可判断与之串联的电容样品中有一个或者几个被击穿。
通过在试验中施加不同的负电场以MOS栅图一
电容电流Ig大于特定值为失效依据，测量推算各电容在应力条件下的寿命值，对同种应力条件下的样品失效时间进行分布拟合。
推导得到：
方法二：
斜坡电压法评估栅氧化层TDDB寿命
实验样品为1um CMOS硅栅工艺监制的电容，采用HP4062C半导体测试系统给予适当的程序，使系统自动测试斜坡斜率选取0.01V/s，采用斜坡电压法对样品进行测试得到斜坡
电压下不同TDDB特性曲线。
VLSI／ULSI可靠性的监测与模拟
VLSI／ULSI可靠性的监测与模拟
杨谟华;方朋
【期刊名称】《电子科技导报》
【年(卷),期】1998(000)012
【摘要】论述了ＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ可靠性的监测与模拟领域的技术背景、研究特点、技术进展与现代监测分析技术，并进而讨论了ＶＬＳＩ可靠性工程技术发展趋势。
【总页数】5页(P19-23)
【作者】杨谟华;方朋
【作者单位】电子科技大学;美AMD公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN470.6
【相关文献】
1.VLSI／ULSI集成电路多层金属互连技术 [J], 李炳宗
2.VLSI／ULSI制造中颇具前景的涂敷介质成膜技术 [J], 张沈军;李婉莹
3.VLSI／ULSI可靠性的监测与模拟 [J], 杨谟华;肖兵
4.适合VLSI/ULSI的深亚微米MOS器件模型BSIM2的研究 [J], 陈勇;肖兵;杨漠华
5.ULSI/VLSI中铝互连线热应力的数值模拟 [J], 付厚奎;吴月花;刘志民;郭春生;李志国;程尧海;吉元;崔伟
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TDDB击穿特性评估薄介质层质量
TDDB击穿特性评估薄介质层质量
胡恒升;张敏;林立谨
【期刊名称】《电子学报》
【年(卷),期】2000(028)005
【摘要】与时间相关电介质击穿(TDDB)测量是评估厚度小于20nm薄栅介质层质量的重要方法.氧化层击穿前,隧穿电子和空穴在氧化层中或界面附近产生陷阱、界面态,当陷阱密度超过临界平均值bd时,发生击穿.击穿电量Qbd值表征了介质层的质量.Qbd值及其失效统计分布与测试电流密度、电场强度、温度及氧化层面积等有定量关系.TDDB的早期失效分布可以反映工艺引入的缺陷.TDDB可以直接评估氧化、氮化、清洗、刻蚀等工艺对厚度小于10nm的栅介质质量的影响.它是硅片级评估可靠性和预测EEPROM擦写次数的重要方法.
【总页数】5页(P80-83,74)
【作者】胡恒升;张敏;林立谨
【作者单位】中国科学院上海冶金研究所微电子学分部,上海,200233;中国科学院上海冶金研究所微电子学分部,上海,200233;中国科学院上海冶金研究所微电子学分部,上海,200233
【正文语种】中文
【中图分类】TN406
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1.衬底热电子增强的薄SiO2层击穿特性研究 [J], 刘红侠;郝跃;黄涛;方建平
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3.钝化介质层对功率GaAs MESFET的栅-漏击穿特性影响 [J], 费庆宇;黄云
4.氮化H_2-O_2合成薄栅介质的击穿特性 [J], 刘运龙;刘新宇;韩郑生;海潮和;钱鹤
5.PECVD法低温形成纳米级薄介质膜击穿特性的实验研究 [J], 陈蒲生;刘剑;张昊;冯文修
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微连接课件-第6章可靠性评价
可靠性与测试
材料成型与控制系
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第六章
焊点可靠性与寿命预测
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1.引言
微连接焊点功能：
1）电信号传输** 2）机械连接与支撑
微连接焊点承载特点：
1）服役条件下振动、外力载荷较小 2）主要承受热循环载荷（环境变化的温度循环与功率循环） —封装材料的CTE差别—钎料内部热应力－应变循环（同 时引发组织变化）—焊点裂纹的萌生与扩展—电信号传 输失效
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3. 焊点可靠性评价－热变形失效
热变形失效：是指由于环境温度的变化或工作期间系统内部热效 应引起的热应力和应变导致器件变形失效。 热失效主要包括疲劳断裂、脆性断裂、蠕变、分层和塑性形变等 热应力：其产生是由于材料的CTE不匹配、系统内部的温度梯度 和几何位臵的限制引起的。
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焊点金相组织变化经过了以下三个阶段的变化： (1)合金层未完整生成，仅是一种半附着性结合，强度很低，导 电性差： (2)合金层完整生成，焊点强度高，电导性好； (3)合金层聚集、粗化，脆性相生成，强度降低，导电性下降。
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未考虑的因素：温度变化也使焊点组织发生劣化
(a) 镀铜板上共晶锡铅钎料，无老化，两次再流焊 (b) 两次再流 焊，170℃老化500h；(c) 两次再流焊，170℃老化1000h
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热应变：
a）假设芯片与基板焊在一起时 无热应变； b）温度升高时假设:αb>αa;基 板和器件无弯曲和翘曲；各 点温度相同
-----(日本ESPEC公司提供)
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经历热冲击实验后QFP回流焊焊点强度 -(日本ESPEC公司提供) 热冲击实验条件：-40+125oC，各30分钟
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经历高温试验后QFP回流焊焊点强度 （日本ESPEC公司提供) 高温实验条件：+125oC
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西安电子科技大学
硕士学位论文
VLSI铜互连可靠性TDDB特性及其寿命评估模型研究
姓名：李思言
申请学位级别：硕士
专业：微电子学与固体电子学
指导教师：马佩军
20090101
第三章铜互连可靠性的基本理论
电场有关。
界面不可能绝对平整，微观上可能存在一定突出，导致局部电场增强。
介质层中也可能存在一些杂质和缺陷，使界面势垒高度降低。
这些因素都使薄弱
处首先产生隧穿电流。
在电荷积累模型的基础上，人们根据经验建立了预测互连中ＴＤＤＢ寿命的１／Ｅ
模型。
也有人根据热化学击穿理论建立了Ｅ模型。
这两种模型都被普遍应用在铜互
连ＴＤＤＢ寿命的评估中，但是无论哪一种模型，都有着其缺陷而有待完善。
３．５提高铜互连可靠性的方法
随着铜互连尺寸的减小，铜互连的可靠性问题越来越严重，与此同时，各种
提高铜互连可靠性的方法的研究也在不断的进行。
这些研究的重点主要放在结构、
工艺和材料等方面。
由于铜互连中最快速的扩散通道是金属上层表面，因此改善铜和阻挡层界面
的性能可以显著的提高铜互连的可靠性【３·１０】。
从结构上讲，目前广泛使用添加金属
阻挡层的方法，该方法是在ＣＭＰ后再铜线上覆盖一层很薄的金属层，该金属层并
不覆盖层间介质。
要求该金属层要足够薄，从而保证在不需要额外抛光平坦化的
情况下，能够减少铜离子的输运，从而延长互连线寿命。
Ｃ．Ｇｕｅｄｊ等人的研究发现，
采用ＣＶＤ工艺的ＴｉＮ作为阻挡层之后，低ｋ材料无论在时间相关介质击穿方面都
要比高密度介质要好【３‘１１】。
而从工艺改进的角度，他们也发现，对于ＴａＮ阻挡层，
刻蚀之后采用氢气等离子技术可以将击穿电压提高３４％，同时，Ｋｅｎｓｕｋｅ等人的研
究也显示，用离子溅射法形成的Ｔａ／ＴａＮ阻挡层可以显著的提高电迁移和应力迁移
特性【３·１２Ｊ。
从材料上讲，目前研究的阻挡层材料为ＣｏＷＰ，ＣｏＳｎＰ，Ｐｄ和Ｃｕ３Ｓｎ。
对覆盖了Ｐｄ，ＣｏＷＰ，ＣｏＳｎＰ的样品的实验测试发现，未覆盖金属的样品在２００
小时内就出现电阻剧增的现象，而覆盖金属的样品在２２００小时后，电阻只增加了
１０％，可能ＣｏＷＰ等材料改变了界面处的结合能，从而有效抑制了电迁移沿顶部
的扩散，提高了电迁移寿命。
表面处理也可以有效改善铜和介质表面的黏附性，提高互连可靠性。
一般包
括机械处理、湿化学处理、光晕放电和辉光放电等离子处理。
这些处理可以清除
表面的污染物，提高表面的活性。
在双大马士革结构中，表面处理之后的失效时
间要明显大于未经过表面处理的失效时间。
使用ＮＨ３进行表面处理的样品失效时
间比未经过表面处理的失效时间有轻微的增长，而使用Ｈ２进行表面处理的的样品
失效时间比未经过表面处理的失效时间有显著增长。
这是因为ＮＨ３处理能减少Ｃｕ
的氧化，而Ｈ２等离子处理则可以形成洁净的Ｃｕ界面，从而改善和ＳｉＮｘ的黏附性。
最新的研究发现，使用氩等离子体清洗铜表面之后的样品的空洞成核和电迁移特
性都有明显的提高，并且偏置电压越高，重溅射的时间越短，互连线的可靠性表
铜门/。