VlSI可靠性技術(shù) - VLSI_VLSI測(cè)試

　　在工程應(yīng)用中可靠性技術(shù)貫穿于VLSI需求分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝、試驗(yàn)檢測(cè)以及應(yīng)用全過程的各個(gè)階段和方面，軍事電子和航天技術(shù)的發(fā)展對(duì)VLSI提出了越來越高的可靠性要求，推動(dòng)了VLSI可靠性技術(shù)的不斷發(fā)展。由于技術(shù)的發(fā)展和需求的推動(dòng)，VLSI可靠性保證已從過去主要通過可靠性試驗(yàn)和篩選來控制最終產(chǎn)品的可靠性，逐步轉(zhuǎn)向加強(qiáng)工藝過程控制、加強(qiáng)可靠性設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)的協(xié)同，在考慮工藝能力和功能設(shè)計(jì)的同時(shí)，針對(duì)主要失效機(jī)理提出對(duì)策措施，并對(duì)VLSI在全壽命周期中以及特定環(huán)境條件下的可靠性指標(biāo)及其成本進(jìn)行綜合權(quán)衡，據(jù)此在電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和版圖布局、材料選擇、工藝流程和參數(shù)選擇、工藝過程控制、設(shè)計(jì)驗(yàn)證與過程評(píng)價(jià)、產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)評(píng)價(jià)與篩選等環(huán)節(jié)引入適當(dāng)?shù)目煽啃约夹g(shù)，使產(chǎn)品的可靠性水平得到保證和提高。VLSI可靠性技術(shù)包含了可靠性設(shè)計(jì)與模擬、可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)、工藝過程質(zhì)量控制、失效機(jī)理與模型研究以及失效分析技術(shù)等五個(gè)主要的技術(shù)方向，隨著可靠性物理研究的不斷深入，VLSI可靠性技術(shù)呈現(xiàn)出模型化、定量化、綜合化的發(fā)展趨勢(shì)。

　　由于VLSI集成度一直遵循“摩爾定律”以每18個(gè)月翻一番的速度急劇增加，目前一個(gè)芯片上集成的電路元件數(shù)早已超過一個(gè)億，這種發(fā)展趨勢(shì)正在使VLSI在電子設(shè)備中扮演的角色從器件芯片轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)芯片(SOC);與此同時(shí)，深亞微米的VLSI工藝特征尺寸已達(dá)到0.18 μm以下，在特征尺寸不斷縮小、集成度和芯片面積以及實(shí)際功耗不斷增加的情況下，物理極限的逼近使影響VLSI可靠性的各種失效機(jī)理效應(yīng)敏感度增強(qiáng)，設(shè)計(jì)和工藝中需要考慮和權(quán)衡的因素大大增加，剩余可靠性容限趨于消失，從而使VLSI可靠性的保證和提高面臨巨大的挑戰(zhàn)。因此，國(guó)際上針對(duì)深亞微米/超深亞微米VLSI主要失效機(jī)理的可靠性研究一直在不斷深入，新的失效分析技術(shù)和設(shè)備不斷出現(xiàn)，世界上著名的集成電路制造廠商都建立了自己的VLSI質(zhì)量與可靠性保證系統(tǒng)，并且把針對(duì)VLSI主要失效機(jī)理的晶片級(jí)和封裝級(jí)可靠性評(píng)價(jià)測(cè)試結(jié)構(gòu)的開發(fā)和應(yīng)用納入其質(zhì)量保證計(jì)劃，可靠性模擬在可靠性設(shè)計(jì)與評(píng)估中的應(yīng)用也日益增多。在進(jìn)一步完善晶片級(jí)可靠性(WLR)、統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)和面向可靠性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(DOE)等可靠性技術(shù)的同時(shí)，國(guó)際上在90年代提出了內(nèi)建可靠性(BIR)的新概念，把相關(guān)的各種可靠性技術(shù)有目標(biāo)地、定量地綜合運(yùn)用于VLSI的研發(fā)和生產(chǎn)過程，從技術(shù)和管理上構(gòu)建VLSI質(zhì)量與可靠性的保證體系，以滿足用戶對(duì)降低VLSI失效率、提高其可靠性水平的越來越高的要求。

　　VlSI發(fā)展思路

　　在我國(guó)，VLSI可靠性技術(shù)經(jīng)過近兩個(gè)五年計(jì)劃的研究和實(shí)踐，發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)上了一個(gè)新臺(tái)階。在VLSI工藝可靠性評(píng)價(jià)與保證技術(shù)方面，建立了面向國(guó)內(nèi)重點(diǎn)集成電路研究的生產(chǎn)線的晶片級(jí)可靠性技術(shù)WLR，包括工藝質(zhì)量評(píng)價(jià)PCM技術(shù)、可靠性評(píng)價(jià)REM技術(shù)和工藝質(zhì)量控制SPC技術(shù)，為集成電路制造階段工藝質(zhì)量控制和可靠性保證提供了必要的方法和手段，為考核工藝線質(zhì)量和可靠性能力水平提供了定量依據(jù);在VLSI可靠性設(shè)計(jì)、模擬與分析技術(shù)方面，針對(duì)當(dāng)前VLSI設(shè)計(jì)階段的可靠性問題開展了針對(duì)主要失效機(jī)理的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)研究，自行開發(fā)了集成電路可靠性綜合模擬器ISRIC，建立并逐步完善了以電子束測(cè)試、光發(fā)射故障診斷、電子微探針分析和IDDQ測(cè)試為核心的綜合失效定位技術(shù)，并實(shí)施和驗(yàn)證了這些技術(shù)的有效性，達(dá)到了工程實(shí)用化的要求。這些技術(shù)與90年代尤其是近幾年國(guó)外普遍采用的可靠性評(píng)價(jià)方法和技術(shù)相一致，具有技術(shù)先進(jìn)和實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)幾條典型的集成電路生產(chǎn)線和多個(gè)電路產(chǎn)品中應(yīng)用，對(duì)穩(wěn)定工藝和提高工藝成品率，實(shí)現(xiàn)批次性工藝可靠性評(píng)價(jià)和工藝可靠性一致性監(jiān)測(cè)，保證集成電路工藝平臺(tái)及電路產(chǎn)品的可靠性發(fā)揮了重要的作用。我國(guó)VLSI可靠性技術(shù)的發(fā)展具有以下特點(diǎn)：

　　(1)通過失效模式和失效機(jī)理分析，揭示導(dǎo)致失效和影響可靠性的內(nèi)在根本原因，有針對(duì)性地進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)—失效分析—信息反饋—設(shè)計(jì)改進(jìn)，形成循環(huán)，以這樣的技術(shù)途徑促進(jìn)VLSI固有可靠性水平提高。

　　(2)緊跟國(guó)際上先進(jìn)的VLSI可靠性技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，如WLR技術(shù)、可靠性模擬技術(shù)、先進(jìn)的失效分析技術(shù)等，并進(jìn)行了深入研究和工程應(yīng)用。

　　(3)由于我國(guó)VLSI可靠性技術(shù)應(yīng)用的工藝平臺(tái)與國(guó)外有差距，因此目前我們研究和解決的重點(diǎn)是微米/亞微米器件的可靠性問題，而國(guó)際上可靠性研究的對(duì)象則是超深亞微米器件的可靠性問題。?

　　(4)我國(guó)VLSI可靠性技術(shù)面向工程應(yīng)用，實(shí)用性強(qiáng)。以PCM、REM和SPC為核心的工藝可靠性評(píng)價(jià)與保證技術(shù)已經(jīng)被采用，并取得成效。

　　未來十年將是國(guó)內(nèi)VLSI產(chǎn)業(yè)和技術(shù)大發(fā)展的十年，將建成多個(gè)微電子產(chǎn)業(yè)基地，形成以0.25 μm以下VLSI加工技術(shù)為核心的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、封裝企業(yè)群，并帶動(dòng)全國(guó)范圍的微電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展。VLSI可靠性技術(shù)的發(fā)展必需抓住時(shí)機(jī)，依托這一發(fā)展趨勢(shì)，突出重點(diǎn)，以應(yīng)用促發(fā)展。

　　(1)在“十五”期間進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)VLSI可靠性應(yīng)用研究的投入，開展以ASIC、特別是SOC、CPU和DSP等為代表產(chǎn)品的VLSI可靠性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技術(shù)、晶片級(jí)(WLR)的可靠性評(píng)價(jià)與保證技術(shù)，F(xiàn)oundry標(biāo)準(zhǔn)工藝線的可靠性參數(shù)建庫技術(shù)，超深亞微米器件失效物理研究，新材料、新器件結(jié)構(gòu)的失效機(jī)理研究，無損檢測(cè)和評(píng)價(jià)篩選新方法研究，以及新的失效分析技術(shù)研究，有效控制各種失效模式，實(shí)現(xiàn)可靠性增長(zhǎng)。

　　(2)依托電子元器件可靠性物理及其應(yīng)用技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在微電子器件可靠性研究方面的技術(shù)和設(shè)備條件，通過進(jìn)一步的能力擴(kuò)展建設(shè)，形成VLSI可靠性評(píng)價(jià)、試驗(yàn)、篩選、老化、失效分析等系列化的可靠性技術(shù)支撐體系，為半導(dǎo)體工業(yè)界提供相關(guān)技術(shù)服務(wù)。

　　(3)制定和實(shí)施可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。補(bǔ)充和完善現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)軍標(biāo)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)的可靠性內(nèi)容，建立和完善各類可靠性設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、試驗(yàn)、工藝控制和模擬等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與實(shí)施細(xì)則，使VLSI設(shè)計(jì)和工藝過程中可靠性實(shí)施有定量的考核標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)，保證工藝成品率和產(chǎn)品的可靠性。?

　　(4)全面推廣應(yīng)用成熟的可靠性技術(shù)是VLSI可靠性保證計(jì)劃實(shí)施的關(guān)鍵。特別是標(biāo)準(zhǔn)工藝線的工序能力考核和SPC控制技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)工藝的可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)、可靠性設(shè)計(jì)與仿真評(píng)價(jià)技術(shù)等應(yīng)在全行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。