微电子器件的失效分析

微电子器件失效分析机理微电子器件失效分析机理微电子器件的失效是指器件在运行过程中出现故障或无法正常工作的现象。

失效分析是一种通过对失效器件进行深入分析和研究，找出失效原因的技术手段。

了解微电子器件失效的机理对于提高器件的可靠性和性能至关重要。

微电子器件的失效机理可以归纳为以下几个方面：1.电子迁移：电子迁移是指在电流通过器件时，电子会由高浓度区域向低浓度区域迁移。

长时间的电子迁移会导致金属线或晶体管的导电路径变窄，进而引起电阻增加或电流无法正常通过。

电子迁移会加速器件老化，降低器件的寿命。

2.热失效：高温环境下，器件内部的材料容易发生热膨胀、融化、结构变形等问题。

高温还会加速杂质扩散，导致器件的电性能下降。

热失效是导致器件损坏的重要原因之一。

3.光辐照：光辐照是指器件受到光的照射，光能量会激发器件内部的电子，产生额外的载流子，从而改变器件的电性能。

长时间的光辐照会使得器件的特性发生变化，甚至导致器件烧毁。

4.电压应力：过高或过低的电压都会对器件造成应力，导致器件的电性能下降或失效。

过高的电压会导致电场强度增加，引起介质击穿或漏电。

过低的电压则会导致器件无法正常工作。

5.湿气腐蚀：湿气中的水分和氧气会与器件内部的金属或半导体材料发生化学反应，导致器件腐蚀，进而引起失效。

湿气腐蚀是封装不良或外界环境湿度过高导致的常见问题。

对于微电子器件的失效分析，可以采用以下方法：1.故障分析：通过对失效器件进行外观检查、电气特性测试和物理结构分析，找出故障点所在，并进一步分析故障原因。

2.材料分析：通过对器件的材料进行化学分析和显微结构观察，确定是否存在材料缺陷或污染物，以及其对器件性能的影响。

3.应力分析：通过应力测试和有限元仿真等方法，分析器件的应力分布情况，找出由于应力导致的器件失效。

4.加速老化实验：利用高温、高湿等环境条件，加速器件老化过程，研究器件在极端环境下的失效机理。

通过对微电子器件失效机理的深入研究和分析，可以指导器件设计、制造和使用过程中的改进措施，提高器件的可靠性和性能。

实验研究随着电子技术的快速发展，电子产品早已渗透到人类生产生活的方方面面。

同时人们希望电子产品在拥有强大功能的同时不断缩小尺寸，降低成本，实现普及应用。

人们对电子产品的需求推动着电子技术的发展。

但在提升电子产品性能，缩小电子产品尺寸的同时也带来了更多的问题，如性能的提升必然伴随着功率的提升，尺寸的缩小必然导致产品中微电子器件的结构更加紧密，二者共同作用下导致电子产品器件运行过程中产生的热量很难消散，温度快速攀升，一旦超过安全线就会影响微电子器件的正常运行，甚至导致器件报废。

研究显示，微电子封装器件的失效率与温度的升高成正比，微电子器件的工作温度每升高10℃，其失效概率就提升一倍，大约有一半的微电子封装器件的失效都与温度有关。

由此可见，温度过高是引发微电子封装器件失效的头号因素。

而微电子封装器件的运行是否温度直接关系到电子产品的可靠性。

在航空航天、军事等关键领域，一个看似不起眼的微电子封装器件失效都可能到来无法估量的巨大损失。

因此，微电子封装器件的运行稳定性和热失效机制收到高度重视。

人们为此进行了深入而广泛的研究，并应用于电子产品的设计与生产中，有效提高了电子产品的可靠性。

文本在前人研究的基础上，针对某型微电子封装器件的封装结构热失效机制和热循环加载形式优化展开了深入研究，希望能给微电子封装器件的结构设计与生产提供有价值的参考。

1 微电子封装器件热失效分析微电子封装器件在实际运行时会在工作、待机两个状态之间来回切换，导致功率出现周期性变化，从而引发温度对封装结构的循环载荷，久而久之形成热疲劳。

同时，因为器件内部各种材料的热膨胀系数存在差异导致焊点等部位出现循环应力应变，从而引起器件失效。

研究显示，大约七成的电子器件的失效由结构失效引发，而封装结构失效大部分又是由于焊点失效引发的。

■1.1 常规热循环加载形式下锡铅焊点热失效分析1.1.1 焊点热失效机制及其原理在温度和外力的综合作用下，微电子封装器件的焊点会产生热疲劳，形成应力应变集中区，导致焊点使开裂，最终造成器件失效。

半导体器件可靠性与失效分析微电子半导体器件可靠性与失效分析是微电子领域的重要课题。

半导体器件的可靠性是指在一定的使用环境和使用条件下，器件在规定时间内能够正常工作的概率。

而失效（Failure）是指器件不能在规定的时间内正常工作。

半导体器件的可靠性与失效分析旨在通过对器件的性能和可靠性进行评估和分析，找出器件失效的原因，并提出相应的改进措施，从而提高器件的可靠性。

1.可靠性评估：通过一系列实验和测试，评估器件在特定环境和使用条件下的可靠性。

常见的可靠性评估方法包括寿命测试、温度循环测试、湿度测试、可靠性建模等。

通过这些评估手段，可以得到器件的失效概率和失效的规律，进而为改进器件的设计和制造提供依据。

2.失效分析：失效分析是通过对失效的器件进行物理和电学特性分析，找出失效的原因和机制。

常见的失效分析方法包括显微镜观察、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱分析(EDX)、微动电压测量、故障注入方法等。

通过失效分析可以确定故障位置和失效原因，为改进器件的设计和制造提供指导。

3.失效模式与机制研究：失效模式与机制的研究是指通过理论和实验手段，研究器件失效的模式和机制。

通过对失效模式和机制的研究，可以了解器件失效的根本原因，并提出相应的改进措施。

例如，晶体管的漏电流增加、介质击穿等都是半导体器件失效的常见模式和机制。

4.退化机制分析：半导体器件的寿命会随着使用时间的增加而发生退化，导致器件性能下降甚至失效。

退化机制分析是指通过实验和测试，研究器件在使用过程中的退化机制。

常见的退化机制包括电子迁移、电子捕捉、热失效等。

通过退化机制分析可以确定退化的原因，为延长器件寿命提供参考。

半导体器件的可靠性与失效分析对于微电子行业具有重要的意义。

高可靠性的器件可以减少电子产品的故障率，提高产品的性能和稳定性。

同时，通过对失效原因和机制的研究，可以指导器件的设计和制造，提高器件的可靠性和寿命。

因此，半导体器件的可靠性与失效分析是微电子领域一个重要的研究方向，也是推动微电子技术发展的关键之一。

半导体器件可靠性与失效分析微电子
1.功能失效：指器件不能按照设计要求正常工作，如逻辑门无法实现
正确的逻辑功能。

2.电气失效：指器件发生电气故障，如短路、开路、漏电等。

3.热失效：由于器件内部寄生电阻、封装散热不良等原因，导致器件
温度升高，超过其承受范围，从而导致失效。

4.机械失效：指器件由于外力作用或压力过大等原因，发生物理损坏，如断裂、划伤等。

5.等离子体效应：在高电压或高频环境下，会产生等离子体，从而对
半导体器件产生有害影响。

为提高半导体器件的可靠性，需要进行失效分析，以了解器件失效的
原因
1.失效模式分析：对不同类型的失效进行分类和描述，以便查找相应
的失效原因。

2.加速寿命测试：通过在高温、高电压、高湿度等恶劣条件下进行长
时间测试，模拟器件在实际使用中的环境，加速失效过程，以便提前发现
问题。

3.失效分析方法：包括光学显微镜、电子显微镜、故障定位分析、X
射线衍射等多种方法，用于观察器件失效的具体细节，并找出失效的原因。

4.剖析和分析失效原因：通过对失效器件的分析和试验，找出失效的
原因和机理，如晶体缺陷、金属线断裂等。

5.提高设计和工艺：根据失效分析结果，改进器件的设计和工艺，以
提高器件的可靠性。

总之，半导体器件可靠性与失效分析在微电子领域中具有重要的意义，它不仅能提高半导体器件的可靠性，还能为微电子系统的设计和制造提供
理论指导和实践经验。

随着技术的进一步发展，可靠性和失效分析将继续
成为微电子行业的研究热点。

电子元器件失效分析一般的仪器都会一点点的误测率，但既然有五道测试，基本可以消退这种误测，否则就说明你的仪器实在太烂啦！然后就是自动选择机的问题，有没有误动作的可能性，最好找一个比较大的不良品样本，对机器进行测试。

假如上面两项都没有问题，那说明运输和贮存可能初相了问题，当然半导体器件受环境因素的影响是比较小的。

最终就有可能是客户和你们的仪器有肯定差距，从而造成这种状况。

当然还有一种状况，就是本身半导体器件质量有问题，漏电测试是反向加电压，可能就是在测试的过程中器件被击穿的。

目的对电子元器件的失效分析技术进行讨论并加以总结。

方法通过对电信器类、电阻器类等电子元器件的失效缘由、失效机理等故障现象进行分析。

结论电子元器件的质量与牢靠性保证体系一个重要组成部分是失效分析，对电子元器件进行失效分析，才能准时了解电子元器件的问题所在，才能为设备及系统的正常工作带来牢靠保障。

进入21世纪后，电子信息技术成为最重要的技术，电子元器件则是电子信息技术进展的前提。

为了促进电子信息技术的进一步进展，就要提高电子元器件的牢靠性，所以就必需了解电子元器件失效的机理、模式以及分析技术等。

1.失效的含义失效是指电子元器件消失的故障。

各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般是不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，则标志其设备的简单程度就较高；反之，则低。

一般还会把电路故障定义为：电路系统规定功能的丢失。

2.失效的分类依据不同的标准，对失效的分类一般主要有以下几种归类法。

以失效缘由为标准：主要分为本质失效、误用失效、偶然失效、自然失效等。

以失效程度为标准：主要分为部分失效、完全失效。

以失效模式为标准：主要分为无功能、短路、开路等。

以失效后果的严峻程度为标准：主要分为轻度失效、严峻失效以及致命失效。

除上述外，还有多种分类标准，如以失效场合、失效外部表现为标准等，不在这里一一赘述。

3.失效的机理电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致缘由作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。

MEMS典型失效机理和失效模式总结MEMS（微机电系统）是一种集成了微机械、微电子、微光学等技术的微型器件，其制造工艺相比传统器件更加复杂和微小，因此在使用过程中也存在着一些典型的失效机理和失效模式。

下面将对MEMS的典型失效机理和失效模式进行总结。

1.疲劳失效：MEMS器件中的微小零件在长期使用过程中受到了频繁的应力和振动作用，容易产生疲劳失效。

其中一个常见的疲劳失效机制是微弯曲薄膜的断裂，这是由于薄膜受到了重复的弯曲应力，从而导致薄膜中出现了裂纹并最终断裂。

另一个常见的疲劳失效机制是零件的微动疲劳，这是由于MEMS器件中的一些零件需要频繁地运动，产生了一些微小的位移，从而导致了零件的疲劳断裂。

2.电介质失效：MEMS器件中的许多部分都是由电介质材料构成，这些材料容易受到电介质失效的影响。

电介质失效主要包括两种类型，一种是耐电压失效，指的是电介质材料遭受太高的电压而发生击穿或损坏。

另一种是介电泄露失效，指的是电介质材料的电阻率增加导致电流泄漏，影响器件的性能。

3.粗糙度失效：MEMS器件的性能很大程度上依赖于表面粗糙度。

当MEMS器件的表面发生粗糙度增加时，会导致摩擦增加和表面能的增加，从而可能导致零件无法正常运动或卡住，最终导致器件失效。

4.氧化失效：由于MEMS器件中的一些零件和结构暴露在空气中，容易受到氧化过程的影响。

当MEMS器件中的金属材料遭受氧化时，会导致材料内部产生氧化层，从而增加了电阻率，影响器件性能。

5.温度失效：MEMS器件在使用过程中容易受到温度变化的影响。

当器件暴露在高温环境下时，可能导致材料膨胀不均匀，从而使器件产生微小的形变，导致器件的性能下降或失效。

6.湿度失效：MEMS器件中的一些结构和材料容易与水分接触，从而受到湿度的影响。

当器件暴露在高湿环境下时，可能导致一些零件和连接薄膜变湿、膨胀或腐蚀，进而导致零件失效或材料失效。

总之，MEMS器件的典型失效机理和失效模式包括疲劳失效、电介质失效、粗糙度失效、氧化失效、温度失效和湿度失效。

微电子器件的可靠性与失效分析微电子器件是当今电子产品中使用最广泛的一类器件，它们具有体积小、功耗低、性能稳定等优点，被广泛应用于计算机、通信、汽车、医疗等诸多领域。

然而，由于微电子器件的制造工艺往往采用精密加工技术，且器件本身也具有高度复杂性，因此其可靠性成为了一个重要的问题。

本文将介绍微电子器件的可靠性问题，并探究失效分析的方法。

一、微电子器件的可靠性问题所谓微电子器件的可靠性，指的是器件在正常使用条件下，能够持续地保持所要求的性能和功能的能力。

在实际中，微电子器件的可靠性常常受到以下几方面因素的影响。

1. 制造工艺的影响微电子器件的制造工艺往往采用高度精密的加工技术，涉及的制造流程十分繁复。

在制造过程中，如出现微小的工艺误差，可能就会导致器件的性能发生质的变化或失效。

2. 环境条件的影响微电子器件在使用过程中常常受到温度、湿度、振动、尘埃等环境因素的影响。

例如，当器件温度超出规定范围时，会导致器件性能发生变化，甚至失效。

3. 电子应力的影响微电子器件在工作中受到电子流及场强的影响，这些电子应力可能会导致器件内部的电路损坏或其他失效。

二、“失效分析”的意义与方法失效分析是一种通过对失效物体的系统分析，找出失效的原因、途径和机理的方法。

在微电子器件的可靠性问题中，失效分析有着重要的意义。

首先，失效分析能够帮助人们深入了解微电子器件的失效机理，从而避免去重复类似的失误。

其次，失效分析可帮助人们了解微电子器件的弱点，从而对其进行改进和优化。

最后，失效分析能够为微电子器件制造企业提供技术支持，提高产品的质量和性能。

在实际中，失效分析常常采用以下流程：1. 研究失效现象首先，需要对失效情况进行详细的研究，尤其要注意失效的具体表现、影响以及失效的范围和程度等。

同时，还要对失效可能与其它条件或因素有关的问题进行提出。

2. 收集失效物样品收集失效物的样品，并且对其进行清洗和处理，确保样品的原始状态与失效时的状态尽可能的一致。

《微电子器件》题集一、选择题（每题2分，共20分）1.微电子技术的核心是基于哪种材料的半导体器件？（）A. 硅（Si）B. 锗（Ge）C. 砷化镓（GaAs）D. 氮化硅（Si₃N₃）2.在CMOS集成电路中，NMOS和PMOS晶体管的主要作用是？（）A. 分别实现逻辑“1”和逻辑“0”的输出B. 作为开关控制电流的通断C. 用于构成存储单元D. 提供稳定的电压基准3.下列哪项不是PN结二极管的主要特性？（）A. 单向导电性B. 击穿电压高C. 温度稳定性好D. 具有放大功能4.在MOSFET中，栅极电压对沟道电流的控制是通过什么机制实现的？（）A. 改变沟道宽度B. 改变耗尽层宽度C. 改变载流子浓度D. 改变源漏间电阻5.双极型晶体管（BJT）在放大区工作时，集电极电流与基极电流的比值称为？（）A. 放大倍数B. 电流增益C. 电压增益D. 功耗比6.下列哪种材料常用于制作微电子器件中的绝缘层？（）A. 二氧化硅（SiO₃）B. 氧化铝（Al₃O₃）C. 氮化硼（BN）D. 碳化硅（SiC）7.在集成电路制造过程中，光刻技术的关键步骤是？（）A. 涂胶B. 曝光C. 显影D. 以上都是8.下列哪项技术用于提高集成电路的集成度？（）A. 减小特征尺寸B. 增加芯片面积C. 使用更厚的衬底D. 降低工作温度9.微电子器件中的金属-氧化物-半导体 （MOS）结构，其氧化物层的主要作用是？（）A. 提供导电通道B. 隔绝栅极与沟道C. 存储电荷D. 增强电场效应10.在CMOS逻辑电路中，静态功耗主要由什么因素决定？（）A. 漏电流B. 开关频率C. 逻辑门数量D. 电源电压与漏电流的共同作用二、填空题（每题2分，共20分）1.微电子器件的基本单元是_______，它通过控制_______来实现对电流的调控。

2.在PN结正向偏置时，_______区的多数载流子向_______区扩散，形成正向电流。

3.MOSFET的阈值电压是指使沟道开始形成_______的最小栅极电压。

微电子器件与IC的可靠性与失效分析——（二）失效机理及其预防措施（小结）[Ⅱ]2010-06-08 08:29:57| 分类：微电子电路| 标签：衬底寄生晶体管mos ic|字号订阅（IC的失效机理主要有哪些？预防各种失效的主要措施分别有哪些？）作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)（8）寄生沟道：寄生沟道是在半导体表面上不需要导电的地方无意中出现的一种导电通路，这会破坏器件和集成电路的性能——失效。

在IC中寄生沟道的产生原因主要有两个：①芯片表面上连线不当。

一般来说，硅表面上的导体（金属或者掺杂多晶硅）都有可能形成寄生沟道。

若有导体跨越在两个扩散区之上，即会出现寄生沟道、有电流通过。

因为寄生沟道往往很长，故寄生沟道引起的电流一般较小；但即使如此，这种小的漏电流对于低功耗模拟电路而言，也会导致其参数发生变化——失效。

一般，当具有较高电压的引线跨越轻掺杂半导体表面时，就有可能在其下面产生反型层——寄生沟道。

②与绝缘膜有关的静电电荷散布。

在芯片表面不存在导体的情况下，有时候也会在硅表面上形成导电的寄生沟道，这主要就是由于所谓电荷散布的缘故。

对于附着在半导体表面上的绝缘膜（氧化膜、氮化膜），一般是比较完美的，不会导电；但是静电电荷（主要是电子电荷）可以在绝缘膜中、或者在两个绝缘膜的界面处积累，并且发现这些静电电荷在电场作用下能够缓慢地移动——电荷散布。

当有电荷散布在半导体表面上时，即起着导体的作用，从而可以形成寄生沟道（p型导电沟道）。

当然，污染越严重、温度越高、湿气越大，电荷散布的作用就越强，造成的影响也就越大；此外，热载流子注入也会引起这种电荷散布效应。

在不加偏置的条件下来对失效的芯片进行烘烤（200～250oC），即可判断是否电荷散布效应所引起的失效。

因为散布的电荷是可以移动的，并且在较高温度下移动加快，所以，如果在经过烘烤之后，器件性能可以恢复，那么这时就可以认定，引起寄生沟道而导致失效的主要原因是电荷散布效应；否则为表面走线不当所造成的失效。