集成电路主要失效模式及失效机理

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集成电路是电子产品的核心部件，随着集成电路规模增大，集成度提高，电流密度集成电路是电子产品的核心部件，随着集成电路规模增大，集成度提高，电流密度造成整个系统的失效，甚至瘫痪。

集成电路品种多,电路复杂，集成度商，电路失效因素复杂，失效分析的难度大.必须借助一定的技术手段,分析人员具有相当的集成电路知识和积累较为丰富的实践经验。集成电路失效分析的核心是失效定位，有关的技术方法在第一篇中已经给予清楚的论述。

集成电路的失效分为致命失效、性能退化和间歇失效。集成电路在工艺规范、结构规范、物理分析等方面具有共同的特点，而且从其失效的原因来看，主要有过电应力(E0S)/静电放电(ESD)、工艺缺陷、结构缺陷及材料缺陷引起的失效，因此通过失效分析总结可以提出一些提高集成电路可靠性的共性方法。

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• 集成电路主要失效模式及失效机理
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集成电路的主要失效模式和相关的失效机理列于下图：

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失效模式与失效机理的对应关系

各相关失效机理的概念和定义简述如下:

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(1 )过电应力(EOS)一是 指元器件承受的电流、电压应力或功率超过其允许的最大范围。

(2 )静电放电(ESD)--处 于不同静电电位的两个物体间的静电电荷的转移就是静电放电。这种静电电荷的转移方式有多种，如接触放电、空气放电。静电放电一般是指静电的快速转移或泄放。

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(3)门锁效应( Latch- up )一-集 成电路由于过电应力触发内部寄生晶体管结构而呈现的一种低阻状态，这种状态在触发条件去除或中止后仍会存在。

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(4)辐射损伤-在自然和人造辐射环境中，各种带电或不带电的高能粒子(如质子、电子、中子)以及各种高能射线(如X射线、γ射线等)对集成电路造成的损伤。

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(5) 氧化层电荷一-集成电路中存 在的与氧化层有关的电荷，包括固定氧化层电荷Q、可动电荷Q、界面陷阱电荷Q,和氧化层陷阱电荷Q。

(6 )热载流子(HC)---热载流子 是指其能量比费米能级大几个kT以上的载流子，这些载流子与晶格不处于热平衡状态,当其能量达到或超过Si -SiO,界面势垒时便会注入到氧化层中，产生界面态，氧化层陷阱或被陷阱所俘获，使氧化层电荷增加或波动不稳，这就是热载流子效应。由于电子注人时所需能量比空穴低，所以一般不特别说明的热载流子多指热电子。双极器件与MOS器件中均存在热载流子注人效应。

(7)栅氧击穿---在MOS器件及其集成电路中，栅极下面存在- -薄层siO,此即通称的栅氧(化层）。栅氧的漏电与栅氧质量关系极大，漏电增加到一-定程度即构成击穿，导致器件失效。

(8)与时间有关的介质击穿( TDDB)- - -是指施加的电场低于栅氧的本征击穿场强，并未引起本征击穿，但经历一定时间后仍发生击穿的现象。这是由于施加应力过程中，氧化层内产生并集聚了缺陷(陷阱)的原因。

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(9)电迁移(EM)---当器件工作时，金属互连线的铝条内有一定电流通过，金属离子会沿导体产生质量的运输，其结果会使导体的某些部位出现空洞或晶须(小丘),这即电迁移现象。

(10)应力迁移(SM) ---铝条经过温度循环或高温处理，由于应力的作用也会发生铝条开路断裂的失效。这时空洞多发生在晶粒边界处，这种现象叫应力迁移，以与通电后铝条产生电迁移的失效区别。铝条愈细，应力迁移失效愈严重。

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( 11 )键合失效一----般是指金丝和铝互连之间的键合失效。由于金。铝之间的化学势的不同，经长期使用或200C以上高温储存后，会产生多种金属间化合物，如紫斑、白斑等。结果使铝层变薄，粘附性下降，造成半断线状态，接触电阻增加，最后导致开路失效。在300C高温下还会产生空洞，即柯青德尔效应，这种效应是在高温下金向铝中迅速扩散并形成化合物，在键合点四周出现环形空洞，使铝膜部分或全部脱离，形成高阳或开路。

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( 12)PN结穿钉---般是指在 长期电应力或突发的强电流的作用下，在PN结处局部铝-硅熔融生成合金钉，穿透PN结，造成PN结短路的现象。

( 13)腐蚀失效---许多集成电路是用树脂包封的，然而水汽可以穿过树脂体和引脚-树脂界面到达铝互连线处，由水汽带入的外部杂质或从树脂中溶解的杂质与金属铝作用，使铝互连线发生化学腐蚀或电化学腐蚀。

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IRESSEMT

很全面，楼主整理辛苦了！