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目录1

绪论1

1．提高半导体器件可靠性的意义1

2．可靠性与产品质量的关系1

3．半导体器件可靠性工作的基本内容2

第一章 可靠性概念及其主要数量特征3

§1.1 产品的可靠度3

§1.2 产品的失效特征5

1．累积失效概率（不可靠度）5

2．失效密度函数（分布密度）6

4．累积失效概率、失效密度函数和失效率的关系7

3．失效率函数（失效率）7

§1.3 产品的寿命特征8

1．平均寿命8

2．寿命方差和寿命标准离差10

3．可靠寿命与中位寿命11

§1.4 半导体器件常见的失效分布12

1．电子元器件的失效规律12

2．威布尔分布13

3．指数分布15

4．正态分布15

5．对数正态分布18

§2.1 概述21

第二章 可靠性试验21

1．概述22

§2.2 环境试验22

2．环境试验方法24

§2.3 可靠性筛选35

1．概述35

2．筛选应考虑的有关问题36

3．筛选方法37

§2.4 例行试验与鉴定验收试验40

1．例行试验40

2．鉴定验收试验41

1．长期贮存寿命试验42

第三章 寿命试验及其试验数据的处理方法42

§3.1 长期寿命试验42

2．长期工作寿命试验43

3．试验需要注意的几个问题43

§3.2 利用威布尔概率纸估计可靠性数量特征的方法43

1．威布尔概率纸的结构原理44

2．在威布尔概率纸上描图的方法45

3．利用威布尔概率纸估计威布尔参数的方法48

4．利用威布尔概率纸估计寿命特征值52

§3.3 加速寿命试验57

1．加速寿命试验方案的考虑58

2．加速寿命试验的理论依据59

3．加速寿命试验结果的数据处理程序64

第四章 抽样检验68

§4.1 计数抽样检验的一般原理70

1．二项分布和泊松分布70

2．抽样检验的特性函数及特性曲线72

3．关于两种错误判断73

§4.2 一次计数抽样检验75

§4.3 二次计数抽样检验76

1．失效率的抽样检验方案78

§4.4 失效率抽样检验78

2．失效率抽样检验的λ1方案79

3．器件失效率等级鉴定方案82

第五章 半导体器件失效分析85

§5.1 失效分析一般程序87

§5.2 半导体器件失效模式和失效模式模型89

1．失效模式89

2．失效模式模型91

§5.3 现场失效及其分析93

1．大功率晶体管93

2．双极型电路93

4．CMOS集成电路94

3．MOS大规模集成电路94

第六章 失效分析技术97

§6.1 电子显微镜分析97

1．电子束轰击试样产生的各种信息97

2．扫描电子显微镜100

§6.2 电子微探针分析105

§6.3 质谱分析和离子微探针分析106

1．质谱分析106

2．离子微探针分析107

§6.4 光电子能谱分析111

1．X射线光电子能谱学的原理111

3．光电子能谱的应用112

2．X射线光电子能谱仪112

§6.5 俄歇电子能谱分析113

1．俄歇电子能谱仪的工作原理113

2．俄歇电子能谱在半导体分析中的应用116

3．综合性能分析装置118

§6.6 红外显微技术概况119

1．红外显微技术概况119

2．红外热分析法120

3．红外电视显微镜及其在失效分析中的应用123

§6.7 X射线貌相分析125

1．泄漏速率和密封有效期126

§6.8 半导体器件的检漏技术126

2．半导体器件的粗检128

3．氦质谱检漏128

第七章 半导体器件表面失效机理及其表面钝化131

§7.1 二氧化硅层缺陷对器件性能的影响131

1．氧化层针孔131

2．其他氧化层缺陷133

§7.2 二氧化硅中正电荷对器件性能的影响134

1．硅-二氧化硅中的电荷134

2．表面反型判据138

3．P-N结的反向漏电140

4．二氧化硅中正电荷对击穿电压的影响146

5．二氧化硅中正电荷对晶体管小电流电流增益hFE的影响152

§7.3 硅-二氧化硅界面的界面态对器件性能的影响156

1．界面态引起晶体管小电流hFE下降157

2．hFE雪崩衰退效应157

3．界面态产生“产生和复合”噪声161

4．界面态对MOS器件性能的影响161

§7.4 表面钝化对器件稳定性的作用161

1．MOS结构的C-V曲线162

2．磷硅酸盐玻璃钝化168

3．氯化氢氧化170

5．三氧化二铝钝化173

4．三氯乙烯氧化173

6．低温钝化技术178

7．氮化硅钝化179

8．半绝缘多晶硅钝化182

9．氮氢烘焙工艺185

10．玻璃钝化186

第八章 半导体器件体内失效机理187

§8.1 热电破坏引起器件的失效187

1．二次击穿187

2．晶体管的安全工作区191

3．功率管的抗烧毁措施192

1．点缺陷198

§8.2 硅晶体缺陷对器件成品率和可靠性的影响198

2．位错201

3．层错202

4．漩涡缺陷203

5．二次缺陷204

6．晶片裂纹、弯曲和局部应力207

§8.3 辐射造成半导体器件的失效207

1．辐射的基本效应207

2．辐射对半导体器件性能的影响209

3．提高半导体器件的耐辐射措施214

§9.1 金属化系统介绍218

第九章 电极系统及封装的失效机理218

1．机械损伤219

§9.2 金属化系统的失效机理219

2．铝的“电迁移”现象220

3．浅结器件中铝金属化膜造成E-B结短路225

§10.5 质量控制图226

4．热循环引起铝金属化再结构造成器件失效227

5．铝与二氧化硅的相互反应227

6．铝金属化膜的电化反应228

7．氧化层台阶处金属膜断路229

§9.3 键合的失效机理231

4．底座焊剂疲劳导致接触电阻增大232

3．热循环使引线疲劳而失效232

2．金属互化物使Au-A1系统失效232

1．工艺差错造成失效232

5．内涂胶与封盖造成断丝233

§9.4 封装与半导体器件的可靠性233

1．封装的一般介绍233

2．塑料封装及其对集成电路稳定性的影响235

第十章 质量控制及其管理237

§10.1 环境管理237

1．超净空气的管理237

2．超净水的管理239

2．超纯化学试剂241

§10.2 原材料的质量控制241

1．超纯气体241

2．高频功率管的可靠性设计242

§10.3 设计中的可靠性考虑242

1．基本内容242

§10.4 工艺过程中的质量控制244

1．质控的内容244

2．镜检244

3．MOS电容的C-V曲线在生产中的应用248

4．栅控管监控界面特性和表面复合256

5．用钠离子选择电极法对半导体器件进行钠沾污分析258

1．均值-极差控制图（？-R控制图）263

2．不合格品率和不合格品数控制图266

3．缺陷数控制图268

附录270

Ⅰ．正态分布的密度函数表270

Ⅱ．正态分布表271

Ⅲ．二项分布表273

Ⅳ．泊松分布P｛ξ＝k｝＝？e-λ的数据表275

参考资料277