[发明专利]微电子器件可靠性快速评价方法

摘要

微电子器件可靠性快速评价方法，属于微电子技术领域。本发明的步骤为：1)先测量出微电子器件焦耳热温升；2)测量该微电子器件的失效敏感参数P在选定温度范围内分别在不加和加电应力条件下随温度T_j变化的数据，并分别绘制曲线且拟合成直线；3)取3组微电子器件，在三种不同电应力的条件下，进行温度斜坡试验，得到每组微电子器件的平均失效激活能、平均失效时间、平均失效温度范围；4)计算出公式：中的系数A、m、n；5)计算失效敏感参数P所承受的电热应力的能量；6)计算微电子器件在V、j和T_j分别为正常工作条件下的数值时的寿命τ。本发明可使试验周期缩短、所需试验样品少，大大降低了成本，同时能够给出单样品的寿命。

主权项

1、一种微电子器件可靠性快速评价方法，其特征在于，包括以下步骤：1)先用红外法测量微电子器件在实验中待采用的电流密度为j、电压为V的电应力下的峰值结温T_jpeak，然后用峰值结温T_jpeak减去加热平台的温度T₀即为该电应力下的焦耳热温升ΔT；或采用电学法测量该电应力的焦耳热平均温升ΔT；2)选取与该微电子器件的工作结温有相同的失效机理且高于其工作结温的一个温度范围，测量该微电子器件的失效敏感参数P在所述温度范围内随结温T_j变化的数据，并绘制成曲线，T_j＝T₀+βt+ΔT，T₀为加热平台的温度，β为升温速率，t为时间；3)在2)所述的温度范围内，对微电子器件进行电流密度为j、电压为V的电应力下的升温速率为β的温度斜坡试验，得到失效敏感参数P随结温T_j变化的数据，并绘制成曲线，T_j＝T₀+βt+ΔT，T₀为加热平台的温度，β为升温速率，t为时间；4)设微电子器件失效敏感参数P在电热应力下的的退化量为ΔP，则退化速率为，它与电流密度j，电压V和温度T遵从如下关系：dpdt=AjnVme-QkTj.......(1)]]>式中n、m为j和V的幂指数，Q为失效激活能，k为波尔兹曼常数，A为常数；由公式(1)得出：ln(T-2Δpp0)=lnA′jnVmkQβ-Qk1Tj......(2)]]>式中P₀为失效敏感参数退化前的初始值，A′＝A/P₀，ΔP＝P-P₀；5)根据同一温度点同一失效敏感参数P在加电应力前后的差值，得到在2)所述的温度范围内失效敏感参数P的退化量与结温T_j变化的相关数据，做ln(Tj-2Δpp0)=lnA′jnVmkQβ-Qk1Tj]]>曲线，拟合成一条直线，设直线的斜率为S，则Q＝-kS；6)取3组、每组数量L为大于或等于6的微电子器件，在2)所述的温度范围内在三种不同电应力即电应力分别为j₁，V₁，j₂，V₂，j₃，V₃的条件下，进行升温速率为β的温度斜坡试验，分别得到每个微电子器件的失效激活能Q_il(i＝1，2，3；l＝1，2，3，4，5，6…L)、失效温度范围T_il1～T_il2(i＝1，2，3；l＝1，2，3，4，5，6…L)和失效时间t_il(i＝1，2，3；l＝1，2，3，4，5，6…L)，并按下述公式分别得出每组微电子器件的平均失效激活Q_i、平均失效时间t_i和平均失效温度范围T_i1～T_i2；Qi=Σl=1LQil/L.......(3)]]>ti=Σl=1Ltil/L.........(4)]]>7)建立不同电热应力下的失效敏感参数P的联立方程：对式(6)中每个公式两边积分、取对数，得到：解出A，m和n的值，式中p₀₁、p₀₂、p₀₃为失效敏感参数退化前的初始值，p₁、p₂、p₃为失效敏感参数退化到失效判据时的值；8)根据公式：E=∫0t0jnVme-QKTjdt.......(8)]]>计算微电子器件在电应力为j、V条件下失效敏感参数P从加速实验开始退化到规定的失效判据时间t₀时所承受的电热应力的能量E；9)根据公式：τ=EVmjne-QKTj........(9)]]>计算出微电子器件在V、j和T_j分别为正常工作条件下的寿命τ。