选择半导体老化测试方法

随着半导体使用的不断普及，老化成为一个主要问题。由于半导体的电气特性发生变化，老化可能会导致严重的故障。

老化是指半导体器件由于连续使用或长时间暴露于各种环境条件（包括温度、湿度、辐射和电应力）而导致的电气特性的缓慢损失。

半导体老化的影响包括：

• 设备漏电流的增加会导致传输质量下降和能耗增加。
• 阈值电压降低，影响器件的开关特性，例如关断和接通时序。
• 跨导下降，导致带宽和增益下降。
• 界面层恶化，导致电容和界面态发生变化。
• 击穿氧化物，包括作为绝缘体的氧化物层的退化。

 考虑到这些影响，在整个生命周期中测试半导体老化以衡量器件的耐用性、性能和可靠性至关重要。用于评估老化的传统程序包括瞬态介电击穿(TDDB)、热载流子注入(HCI)、偏置温度不稳定性 (BTI) 和电迁移 (EM)。

TDDB 可以以恒压应力 (CVS) 或恒流应力的形式应用。对于 CVS，在监控其漏电流时会施加一个电压（通常低于氧化物的击穿电压） 。在恒定施加电压下氧化物破裂所需的时间称为失效时间。重复测试多次以获得故障时间数字的分布，这些数字用于创建可靠性图并预测其在其他电压下的行为。

当电子或“空穴”获得足够的动能来克服打破界面态所需的势垒时，就会发生 HCI。术语“热”是指用于模拟载流子密度的有效温度。当向器件施加高电压时，会产生热载流子，并注入器件的沟道区域。电压可以永久改变。这可以识别集成电路工作频率的任何降低。最终，介电层内积聚的电荷增加了打开晶体管所需的电压。随着阈值电压增加，晶体管的开关速度逐渐变慢。

BTI 将电荷捕获在电介质中，但不需要任何电流在源极和漏极之间流动。该过程是通过向器件提供偏置电压并将其暴露于不同的温度来完成的。它会导致电介质中电荷积聚以及其他问题。然而，一旦栅极电压被移除，一些问题就会自然消失。恢复发生得非常快——几十微秒之内。测量晶体管时，只有在应力消除后才能看到效果。

电磁会损坏将晶体管连接在一起或与外界连接的铜或​​铝连接。它测试互连中金属原子的运动。它测量设备金属线的电流应力，并确定金属原子移动所需的时间，从而导致互连故障，从而导致金属凸出其指定轨道。

传统上，老化是通过测试基板电流来确定的，然而，这可能会受到各种噪声的影响，从而降低测试精度。除了传统的半导体老化测试之外，发表在《微电子可靠性》上的研究提出了一种高效老化测试技术，该技术根据器件电气指标的平均恶化而不是衬底电流来估计电压应力，从而减少了测试时间，同时提高了精度。测试产生的数据是离散的电气指标值，需要将其与处理后的数据进行拟合以开发劣化公式。此外，曲线拟合的准确性直接影响测试的有效性。

无论使用哪种测试模型来测试半导体老化，这样做都可以减少与设备损坏相关的费用。此外，早期劣化诊断可以实现预防性维护，减少维修和更换费用。

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