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　　半導體器件使用失效分析就是通過對失效器件進行各種測試和物理、化學、金相試驗，確定器件失效的形式(失效模式)，分析造成器件失效的物理和化學過程(失效機理)，尋找器件失效原因，制訂糾正和改進措施。加強半導體器件的失效分析，提高它的固有可靠性和使用可靠性，是改進電子產(chǎn)品質(zhì)量最積極、最根本的辦法，對提高整機可靠性有著十分重要的作用。

　　半導體器件與使用有關(guān)的失效十分突出，占全部失效器件的絕大部分。進口器件與國產(chǎn)器件相比，器件固有缺陷引起器件失效的比例明顯較低，說明進口器件工藝控制得較好，固有可靠性水平較高。

　　01、與使用有關(guān)的失效

　　與使用有關(guān)的失效原因主要有：過電應力損傷、靜電損傷、器件選型不當、使用線路設(shè)計不當、機械過應力、操作失誤等。

　　?過電應力損傷

　　過電應力引起的燒毀失效占使用中失效器件的絕大部分，它發(fā)生在器件測試、篩選、安裝、調(diào)試、運行等各個階段，其具體原因多種多樣，常見的有多余物引起的橋接短路、地線及電源系統(tǒng)產(chǎn)生的電浪涌、烙鐵漏電、儀器或測試臺接地不當產(chǎn)生的感應電浪涌等。按電應力的類型區(qū)分，有金屬橋接短路后形成的持續(xù)大電流型電應力，還有線圈反沖電動勢產(chǎn)生的瞬間大電流型電應力以及漏電、感應等引起的高壓小電流電應力;按器件的損傷機理區(qū)分，有外來過電應力直接造成的PN結(jié)、金屬化燒毀失效，還有外來過電應力損傷PN結(jié)觸發(fā)CMOS電路閂鎖后引起電源電流增大而造成的燒毀失效。

　　?靜電損傷

　　嚴格來說，器件靜電損傷也屬于過電應力損傷，但是由于靜電型過電應力的特殊性以及靜電敏感器件的廣泛使用，該問題日漸突出。靜電型過電應力的特點是：電壓較高(幾百伏至幾萬伏)，能量較小，瞬間電流較大，但持續(xù)時間極短。與一般的過電應力相比，靜電型損傷經(jīng)常發(fā)生在器件運輸、傳送、安裝等非加電過程中，它對器件的損傷過程是不知不覺的，危害性很大。從靜電對器件損傷后的失效模式來看，不僅有PN結(jié)劣化擊穿、表面擊穿等高壓小電流型的失效模式，也有金屬化、多晶硅燒毀等大電流失效模式。

　　?器件選型不當

　　器件選型不當也是經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的使用問題引起失效的原因之一，主要是設(shè)計人員對器件參數(shù)、性能了解不全面、考慮不周，選用的器件在某些方面不能滿足所設(shè)計的電路要求。

　　?操作失誤

　　操作失誤也是器件經(jīng)常出現(xiàn)的失效原因之一，例如器件的極性接反引起的燒毀失效等。

　　02、器件固有缺陷引起的失效

　　與器件固有缺陷有關(guān)的失效原因主要有：表面問題、金屬化問題、壓焊絲鍵合問題、芯片鍵合問題、封裝問題、體內(nèi)缺陷等。在這幾種原因中，對器件可靠性影響較大的是表面問題、鍵合問題和粘片問題引起的失效，它們均帶有批次性，且經(jīng)常重復出現(xiàn)。

　　?表面問題

　　從可靠性方面考慮，對器件影響最大的是二氧化硅層內(nèi)的可動正離子電荷，它會使器件的擊穿電壓下降，漏電流增大，并且隨著加電時間的增加使器件性能逐漸劣化。有這種缺陷的器件用常規(guī)的篩選方法不能剔除，對可靠性危害很大。此外，芯片表面二氧化硅層中的針孔對器件可靠性的影響也較大。有這種缺陷的器件，針孔剛開始時往往還有一層極薄的氧化層，器件性能還是正常的，還可順利通過老煉、篩選等試驗，但長期使用后由于TDDB效應和電浪涌的沖擊，針孔就會穿通短路，引起器件失效。

　　?金屬化問題

　　引起器件失效的常見的金屬化問題是臺階斷鋁、鋁腐蝕、金屬膜劃傷等。對于一次集成電路，臺階斷鋁、鋁腐蝕較為常見：對于二次集成電路來說，內(nèi)部金屬膜電阻在清洗、擦拭時被劃傷而引起開路失效也是常見的失效模式之一。

　　?壓焊絲鍵合問題

　　常見的壓焊絲鍵合問題引起的失效有以下幾類。 (1)壓焊絲端頭或壓焊點沾污腐蝕造成壓焊點脫落或腐蝕開路。(2)外壓焊點下的金層附著不牢或發(fā)生金鋁合金，造成壓焊點脫落。(3)壓焊點過壓焊，使壓焊絲頸部斷開造成開路失效。(4)壓焊絲弧度不夠，與芯片表面夾角太小，容易與硅片棱或與鍵合絲下的金屬化鋁線相碰，造成器件失效。

　　?芯片鍵合問題

　　最常見的是芯片粘結(jié)的焊料太少、焊料氧化、燒結(jié)溫度過低等引起的開路現(xiàn)象。芯片鍵合不好，焊料氧化發(fā)黑，導致芯片在"磁成形"時受到機械應力作用后從底座抬起分離，造成開路失效。

　　?封裝問題

　　封裝問題引起的失效有以下幾類。(1)封裝不好，管殼漏氣，使水汽或腐蝕性物質(zhì)進入管殼內(nèi)部，引起壓焊絲和金屬化腐蝕。(2)管殼存在缺陷，使管腿開路、短路失效。(3)內(nèi)涂料龜裂、折斷鍵合鋁絲，造成器件開路或瞬時開路失效。這種失效現(xiàn)象往往發(fā)生在器件進行高、低溫試驗時。

　　?體內(nèi)缺陷

　　半導體器件使用體內(nèi)存在缺陷也可引起器件的結(jié)特性變差而失效，但這種失效形式并不多見，而經(jīng)常出現(xiàn)的是體內(nèi)缺陷引起器件二次擊穿耐量和閂鎖閾值電壓降低而造成燒毀。