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当前常规的寿命试验方法已经不能适应半导体器件快速发展的步伐,针对这一现状,本文基于序进应力加速寿命试验的研究,提出了一种新的快速评价半导体器件可靠性的方法一恒定电应力的温度斜坡法CETRM(Constant Electrical stress and Temperature Ramp stress Method),并在理论和试验上对其进行了较为系统的研究。
对半导体器件而言,提高温度应力可以加速它的多种失效过程,因此,基于著名的Arrhenius模型,本文建立了CETRM模型。并在此模型的基础上,建立了相应的激活能提取、寿命外推、失效分布判别和失效率计算等模型。在计算过程中引入了计算机编程,大大提高了模型计算的精度;在进行失效分布判别时,结合了计算机辅助分析,使得判断分布更迅速,结论更直观。
加速寿命试验的前提是在整个的加速应力下,器件的失效机理要保持一致。然而,由于在加速条件下器件潜在的失效机理很有可能被激发出来,成为主要失效机理,使加速条件下失效机理发生改变,从而导致加速寿命试验获得的器件寿命不能代表器件的真实工作寿命。因此,进行加速寿命试验,首先要验证失效机理的一致性问题。针对这一问题,基于CETRM模型,本文提出了序进应力加速寿命试验中失效机理一致性判别模型。
设计搭建了一套完整的试验平台;提出了详细的进行温度校正的方案,结合电学法和红外技术,尽量保证试验温度的准确性;为验证CETRM加速寿命试验加速的有效性,提出一种新的方案:在失效机理一致性的温度范围内,选择一个较高温度点进行恒定电应力的加速寿命试验,得到的结果与CETRM外推这一温度点的寿命进行比较,进而验证模型的准确性;结合扫描电镜(SEM)试验的结果,对试验样品的失效机理做了初步探讨。
在做CETRM方法的误差分析时,探讨了误差的来源和误差对计算结果的影响,并给出了许多试验中减小误差的措施。在给出理想数据的基础上,着重研究了CETRM的理论误差和温度误差对结果的影响。