激活能Ea的计算.pdfVIP免费

快速确定微电子器件失效激活能及寿命试验新方法的研究李杰郭春生程尧海李志国（北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京100022）摘要：提出了一种新的微电子器件快速评价方法－温度斜坡法，建立了确定失效激活能的新模型和寿命外推新模型，使用此模型可计算出单支器件的失效激活能并外推其寿命。同时，该方法的试验温度范围较宽，可以触发不同温度范围的多种退化模式，实现对不同退化机理的研究。关键词：温度斜坡；激活能；多退化机理PACC：3520G;8170中图分类号：TN32文献标识码：AANEWMETHODOFRAPIDLYCONFIRMINGACTIVATIONENERGYANDEXTRAPOLATINGLIFEOFELECTRONICDEVICELiJie,GuoChunsheng，ChengYaohai，LiZhiguo（CollegeofElectronicInformationandControlEngineering,BeijngUniversityofTechnology,Beijing,100022,China）ABSTRACTAnewmethod–TemperatureRampmethodforrapidevaluationofreliabilityofmicroelectronicdevicesisproposedandthenewmodelhasbeensetup.Usingthenewmodel,themicroelectronicdevice’sactivationenergycanbeworkedouronlyneedingonesampleanditslifecanbeextrapolated.Generallytherangeoftemperatureusedinexperimentsissowidethatdifferentdegradationmodescantakeplace.Inthiscase,theproblemofmulti-degradationmechanismscanbestudied.KEYWORDS:TemperatureRamp；activationenergy；multi-degradationmechanismsPACC:1.引言随着微电子器件设计方法和工艺技术的不断发展，各种器件的可靠性和寿命不断增加。我国半导体分立器件和CMOS集成电路的的失效率λ己由80年代的10-6器件小时和10-5器件小时减小到目前的10-8器件小时和10-7器件小时[1,2]。缩短可靠性寿命试验时间，降低试验成本，是可靠性工程和新品研制中急需解决的问题之一。同时，人们正在努力提高Si基和GaAs基半导体器件的工作温度，己有文献报道Si基和GaAs基半导体器件最高工作温度可以分别达到400℃[3]和500℃[4]。所以，研究器件的高温特性和高温下的退化特性，对合理地拓宽器件温度应用范围有重要的现实意义。各国都制定了可靠性寿命评价和试验的相关标准。但实际情况是这些标准的试验周期长，所需样品数量多，成本高。目前，国内外普遍采用恒定应力加速寿命试验，即多样品、多温度点得到相关系数后外推正常温度下的寿命和失效率的方法同样存在着效率低，周期长的缺点。最重要的是，常规的试验方法无法对同一样品在不同温度下尤其是高温下的不同退化机理进行研究。可见常规方法面临着巨大的挑战[5]。本文提出了一种适用于微电子器件寿命快速评价的方法－温度斜坡法，并建立了模型。通过确立器件敏感参数退化率与应力水平之间的关系(取代常规方法中所需要的建立寿命特征与应力水平之间的关系)，由单支样品的试验数据，便能够得出其失效激活能，并外推该样品正常工作条件下的寿命，从而降低了成本。采用序进温度应力和恒定电压、电流应力的多应力加速试验方式，加快器件内部的物理化学反应，在一定程度上缩短了试验时间。同时，该试验方法可以触发多种退化模式，从而实现对不同退化机理的研究。2.理论及模型[5,6]微电子器件参数的退化是由器件内部物理和化学变化引起的，当这种变化积累到一定程度时即发生失效，退化经历的时间即产品的寿命[7]。在加速寿命试验中，微电子器件的退化与温度的关系可以用阿仑尼斯（Arrhenius）模型来描述；与电应力（电压、电流等）的关系，可以用逆幂率模型描述；多应力时可以用广义阿伦尼斯模型描述[8]。根据上述几种模型，在同时考虑温度、电压及电流三种应力情况下，我们建立了如下形式的模型：Aexp(j)exp(V)exp(QT)dtdM=nm−κ（1）式中，A、m、n为常数，dMdt为器件特征参数随时间的变化率，j为电流密度，V为电压，Q为激活能，k为玻尔兹曼常数（8.36×10－5eV/K），T为绝对温度。（1）式两边同时除以器件特征参数初始值M0，可得：AjVQTdtMdM'exp(n)exp(m)exp()0=−κ（2）试验方案中，温度应力采用序进应力法，即对器件施加按一定速率β上升的温度应力，则t时刻结温为：T=T0+βt+ΔT（3）式中，T0为初始试验温度，ΔT是器件施加电应力后，由焦...