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第一章　可靠性概念及其主要数量特征 1

§1.1　产品的可靠度 1

一、可靠性的定义 1

二、可靠度R（t） 1

目录 1

§1.2　产品的失效特征 2

一、失效分布函数F（t） 2

二、失效密度函数f（t） 2

三、失效率函数λ（t） 4

四、失效分布函数、失效密度函数和失效率的关系 4

五、微电子器件与电路的失效规律 5

§1.3　产品的寿命特征 7

一、平均寿命 7

二、寿命方差和寿命标准离差 7

一、威布尔分布 8

三、可靠寿命与中位寿命 8

§1.4　微电子器件常见的失效分布 8

二、指数分布 9

三、正态分布 10

四、对数正态分布 11

§1.5　产品可靠性指标间的内在联系 12

思考题 14

参考资料 14

第二章　可靠性试验及数据处理方法 15

§2.1　可靠性试验 15

§2.2　寿命试验 16

一、寿命试验简单介绍 16

二、寿命试验应注意的几个问题 17

二、筛选条件的选择 18

§2.3　可靠性筛选 18

一、可靠性筛选的目的和意义 18

三、筛选方法的简单介绍 19

§2.4　威布尔分布寿命试验结果的图估计法 21

一、威布尔概率纸的结构原理 21

二、威布尔概率纸上描图的方法 24

三、利用威布尔概率纸估计威布尔参数 24

§2.5　利用威布尔概率纸估计寿命特征值 26

一、？、？、F（μ）、F（σ）四把刻度尺 26

二、寿命特征值的估计 27

§2.6　加速寿命试验及其数据处理 28

一、加速寿命试验的理论依据 29

二、加速寿命试验的加速变量与应力水平 31

三、加速寿命试验结果的数据处理程序 31

思考题 33

参考资料 34

第三章　微电子器件、电路可靠性抽样检查 35

§3.1 概述 35

§3.2　计数抽样检查的原理 36

一、抽样检查的接收概率 36

二、抽样检查特性曲线 37

三、关于两种错误判断 38

四、p0和p1的选取方案 38

§3.3　一次计数抽样检查 39

§3.4　二次计数抽样检查 40

§3.5　国家标准GB2828、GB2829的使用方法及其特点 41

一、GB2828-87的使用方法 41

二、失效率抽样检查的的λ方案 45

§3.6　失效率抽样检查 45

一、失效率的抽样检查方案 45

三、GB2828与GB2829特点分析 45

二、GB2829-87的使用方法 45

三、器件失效率等级鉴定方案 48

§3.7　平均寿命抽样检查 49

一、指数分布定时截尾寿命试验抽样方案 49

二、指数分布序贯寿命试验抽样方案 50

思考题 51

参考资料 51

第四章　微电子器件的可靠性问题——表面失效机理 52

§4.1 微电子器件的失效模式和失效机理 52

一、失效模式和失效机理 52

二、失效模式模型 52

§4.2 二氧化硅层缺陷对器件性能的影响 54

一、氧化层针孔对器件性能的影响 54

二、其他氧化层缺陷对器件性能的影响 55

§4.3　二氧化硅中正电荷对器件性能的影响 56

一、pn结反向漏电 56

二、二氧化硅中正电荷对反向击穿电压的影响 60

三、二氧化硅中正电荷对晶体管小电流hFE的影响 63

§4.4　硅-二氧化硅的界面陷阱电荷对器件性能的影响 65

一、界面陷阱电荷引起晶体管小电流hFE下降 65

二、hFE雪崩衰退效应 65

三、界面陷阱电荷的“产生和复合”噪声 68

四、界面陷阱电荷对MOS器件性能的影响 69

思考题 69

参考资料 70

第五章　微电子器件的可靠性问题——体内失效机理 71

§5.1 热电破坏引起器件的失效 71

一、二次击穿的性质 71

二、晶体管的安全工作区 74

三、功率管的抗烧毁措施 75

§5.2 晶体缺陷对器件性能和可靠性的影响 76

一、点缺陷对器件性能的影响 77

二、位错对器件性能的影响 78

三、层错对器件性能的影响 80

四、微缺陷对器件性能的影响 80

五、二次缺陷对器件性能的影响 81

六、吸除技术 82

§5.3　辐射造成微电子器件的失效 83

一、辐射的基本效应 83

二、辐射对微电子器件性能的影响 84

§5.4　温度对微电子器件性能的影响 88

一、温度对器件电参数的影响 88

二、晶体管直流电流放大系数随温度的变化及其改善办法 89

参考资料 92

思考题 92

第六章　微电子器件的可靠性问题——电极系统及封装的失效机理 93

§6.1　金属化系统介绍 93

§6.2　金属化系统的失效机理 93

一、机械损伤 93

二、铝的电迁移 94

三、浅结器件中铝金属化膜造成EB结短路 97

四、热循环引起铝金属化再结构造成器件失效 98

五、铝金属化膜的电化反应造成器件失效 99

六、氧化层台阶处金属膜断路 99

七、过合金造成器件失效 101

§6.3　芯片焊接失效机理 102

一、银浆粘结 102

二、合金粘结 102

三、银的迁移造成pn结短路 104

二、金属互化物使Au-Al系统失效 104

一、工艺差错造成失效 104

§6.4　引线键合的失效机理 104

四、热循环使引线疲劳而失效 105

五、沾污造成引线腐蚀而开路失效 106

六、内涂料开裂造成断丝 106

七、键合应力过大造成失效 106

八、外引线的失效 106

§6.5　封装与半导体器件的可靠性 107

一、封装与器件可靠性 108

二、金属封装的失效机理 108

三、塑料封装的失效机理 109

思考题 110

参考资料 110

一、MOS器件按比例缩小的问题 111

二、栅介质的可靠性问题 111

§7.1 概述 111

第七章　微电子电路的可靠性问题——超薄栅介质的可靠性 111

三、薄氧化层与器件可靠性的关系 112

§7.2　薄栅氧化层击穿 112

一、漏电 112

二、介质膜的击穿 113

§7.3　热载流子注入效应 115

一、n-MOS的热电子效应 116

二、CMOS集成电路的热载流子注入效应 116

三、热载流子注入效应对MOS器件性能的影响 117

四、热载流子引起器件衰退的机理 118

五、影响热载流子效应的主要因素 119

六、提高抗热载流子效应的措施 120

一、栅氧化层可靠性评估 121

§7.4　研究超薄栅介质可靠性的测试结构 121

二、测量栅绝缘层中陷阱电荷质心的新技术 123

思考题 124

参考资料 124

第八章　微电子电路的可靠性问题——常见的失效机理 125

§8.1 微电子电路的静电损伤 125

一、静电放电损伤模型 125

二、静电放电敏感性 126

三、静电损伤的失效模式及失效机理 127

四、静电放电失效的防护措施 128

§8.2 电过应力失效 130

§8.3 VLSI中金-半接触系统的可靠性 131

一、铝-硅接触系统 131

二、金属-硅化物-硅接触系统 133

一、VLSI的电迁移性质 135

§8.4　VLSI与电迁移 135

二、电迁移引起VLSI互连膜失效率预测 136

§8.5　CMOS集成电路的闭锁效应 137

一、闭锁效应及其失效机理 137

二、CMOS电路产生闭锁效应的失效条件 138

三、CMOS电路抗闭锁效应的方法 138

§8.6　核辐射对微电子电路的影响 140

一、双极集成电路 140

二、CMOS集成电路 141

三、几种集成电路的耐辐射特性 141

§8.7　动态存贮器中的软误差 142

一、产生存贮器软失效的两种失效机理 143

二、产生软误差的条件 143

三、软误差与临界电荷的关系 144

一、MOS RAM失去接触窗口和产生寄生晶体管 145

§8.8　工艺缺陷造成的失效 145

四、降低软误差率的方法 145

二、SOS的背沟道效应和岛边缘的界面陷阱 146

三、局部氧化中的鸟嘴和白带效应 146

思考题 147

参考资料 148

第九章　微电子器件与电路失效分析 149

§9.1 概述 149

一、失效分析的意义、作用 149

二、失效分析的一般程序 149

§9.2　分析中几种常用方法介绍 151

一、结截面显示方法 151

二、内涂料去除方法 152

三、纯化层等的去除方法 153

四、材料缺陷的显示方法 153

一、异常击穿特性曲线 154

五、扩散管道的显示方法 154

§9.3　从失效器件的特性曲线分析失效机理 154

二、晶体管异常输出特性曲线 158

三、MOS管异常输出特性曲线 161

四、测试分析时应该注意的几个问题 162

§9.4　失效分析举例 163

一、硅npn中功率管分段击穿特性分析 163

二、硅pnp管的漏电失效分析 164

三、高频小功率器件的接触失效 164

四、硅npn平面中功率三极管的低击穿 165

五、集成电路腐蚀开路失效 166

六、彩电两片机行场扫描电路分析 167

思考题 168

参考资料 168

一、电子束轰击试样产生的各种信息 169

第十章　失效分析技术 169

§10.1 电子显微镜分析 169

二、扫描电子显微镜 171

三、闪频扫描电镜 174

四、透射电子显微镜 175

§10.2　电子微探针分析 175

§10.3　质谱分析和离子微探针分析 175

一、质谱分析 176

二、离子微探针分析 176

§10.4　光电子能谱分析 178

§10.5　俄歇电子能谱分析 179

一、俄歇电子能谱仪的工作原理 179

二、俄歇电子能谱在微电子器件失效分析中的应用 180

三、综合性能分析装置 182

一、红外热分析法 183

§10.6　红外显微分析 183

二、红外电视显微分析 184

§10.7 X射线貌相分析 185

§10.8　微电子器件的检漏技术 186

一、密封有效期和检漏标准 186

二、氦质谱检漏 187

§10.9　深能级瞬态谱分析 189

一、基本原理 189

二、DLTS的应用 190

思考题 193

参考资料 193

附录 195

Ⅰ．正态分布的密度函数表 195

Ⅱ．正态分布表 196