基于电子散斑技术预测集成电路工作寿命的方法技术

本发明专利技术公开一种基于电子散斑技术预测集成电路工作寿命的方法，通过建立一套基于电子散斑技术的测量系统，给集成电路试件施加温度应力，测量集成电路试件封装的离面位移随温度变化规律，找出集成电路试件失效机理发生变化的温度点进而确定其失效机理一致的温度范围；接下来根据失效机理一致温度范围内集成电路试件的离面位移变化规律来提取其失效激活能；最后结合阿伦尼斯模型和累积失效模型建立寿命预测模型，得出该集成电路试件不同温度环境下的工作寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路试件可靠性分析与寿命预测领域，特别涉及一种基于电子散 斑技术预测集成电路工作寿命的方法。
技术介绍
随着电子技术的发展，微电子器件的体积不断减小，集成度日益提高且随着集成 电路的多功能化和复杂化，可靠性分析的难度也越来越大、新品种越来越多，可靠性试验技 术难度越来越大，各种试验检测装置、试验检测技术、试验评价方法也在不断的发展。另外， 新材料、新工艺的不断出现、以及新的使用环境，使得在旧的失效问题解决后又有新的问题 出现，这使得失效分析，可靠性测试成为集成电路设计与制造中关键的环节，同时随着人们 对微电子器件长寿命和高可靠性的不断追求，集成电路的可靠性检测也朝着更高测试效率 的方向发展，近些年，光学测量技术凭借其非接触、无损、精度高的优势逐渐被引入到半导 体封装的可靠性测试中，这些方法包括几何云纹，云纹干涉，泰曼-格林干涉仪等，但这些 方法都受到一些条件的限制。相比之下激光电子散斑干涉技术(ESPI)克服了以上的缺点， 具有结构简单、非接触、全场测量、不需要光滑表面及抗干扰能力强等突出优点，电子散斑 干涉测量技术(ESPI)是一种对粗糙表面进行无损全场光学测量的技术，是在现代高科技 成果(激光技术、全息技术、视频技术、电子技术、信息与图像处理技术、计算机技术、精密 测试技术等)基础上发展起来的。其基本思想是相干光束照射被测物体表面，从粗糙表 面发生各个方向的反射，入射光与反射光相互干涉形成原始散斑干涉场。在物体状态发生 改变前后分别记录原始散斑场，将这两次记录的图像信息进行相减或者其他处理，就产生 了携带物体状态改变信息的散斑干涉条纹图。通过对条纹的处理和分析，可以得到被测物 体的状态改变信息。该技术具有结构方法简单，测量精度高，非接触全场测量、不需光学平 滑表面、抗干扰性强等突出特点。近年来国内外一些学者利用电子散斑干涉测量技术结合 环境试验，从热应力变形角度对集成电路试件可靠性问题进行了研究，如熊显名、胡放荣、 李根等人于2006年3月在《中国激光》第33卷增刊中公开的一种“激光电子散斑技术在集 成电路试件封装热可靠性研究中的应用”，就是基于激光电子散斑干涉技术可以测量微小 位移的原理来检测加载时大规模集成电路试件的离面位移，并根据实验数据和拟合曲线分 析其封装的热稳定性和热可靠性。然而上述研究仅停留在对封装的热变形和热应力的分析 上，没有对其可靠性寿命进行深入的研究，缺乏一个集合检测及可靠性寿命预测于一体的 完善系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于电子散斑技术预测集成电路工作寿 命的方法，该方法能够根据集成电路试件加速温度应力条件下的离面位移变化情况预估出 集成电路试件在常温条件下的工作寿命，并具有快捷、成本低廉、精度高等特点。本专利技术的核心在于以离面位移为失效敏感参数，根据集成电路试件的离面位移 变化规律来预测其工作寿命，提出将序进温度加速寿命实验和电子散斑干涉测量技术结合 起来，在保证失效机理一致的前提下，通过研究高温度应力条件下集成电路试件封装的离 面位移来提取失效激活能，进而来测出其常温条件下的可靠寿命。为解决上述问题，本专利技术所设计的基于电子散斑技术预测集成电路工作寿命的方 法，包括如下步骤，包括如下步骤1)建立一套基于电子散斑技术的光学测试平台，并将集成电路试件放置在搭建好 的光学测试平台上，利用温控系统给集成电路试件施加序进温度应力，同时给试件施加正 常水平的恒定电应力；2)记录集成电路试件的离面位移随温度变化的规律曲线；其特征在于还包括有 如下步骤，3)根据步骤2)所得离面位移数据，拟合In(ASZt2Sci)和_1/T曲线，即 ,,Δ5、 ，0、1 , ,A1IgnVm,其中A' = A/S0, A为一常数值，S0为芯片表面初始位移值，AS为离面位移变化 值，T为测试时的温度(即温控系统给集成电路试件施加的温度)，k波尔兹曼常数，j为电 流密度，V为工作电压值，η为电流密度幂指数因子，m为电压幂指数因子，Q为失效激活能， β为温度变化率(温升速率)；上述曲线即为失效机理一致判别曲线，该曲线的拐点位置即 为失效机理变化的温度点，由此曲线即可得出失效机理一致的温度范围；4)通过下式提取出在失效机理一致的温度范围内集成电路试件的失效激活能； 其中，T1 T2和T3 T4为同一失效机理下的两个不同的区间段AS1ST1-T2 区间段内的离面位移变化量，Δ S2为为T3 T4区间段内的离面位移变化量,S1为T1对应的 离面位移值，S2为T3对应的离面位移值，Q为失效激活能，k波尔兹曼常数，T为测试时的温 度；5)将上述求出的失效激活能代入下述寿命预测模型，即 得出不同温度Ti条件下集成电路试件的工作寿命τ，其中T' i T' 2温度范围 内集成电路的失效机理与常温工作环境温度Ti的失效机理一致，Q为失效激活能，β为温 度变化率，k为波尔兹曼常数，T为测试时的温度。上述方案所述步骤4)在对集成电路试件的失效激活能进行提取时，还包括根据 离面位移数据对失效机理进行判别，保证集成电路试件在所施加的温度应力条件下失效机 理与常温工作条件的失效机理一致的步骤。上述方案所述光学测试平台主要由激光器、分束镜、2个反射镜、2个扩束镜、成像 透镜、合束棱镜、电耦合元件(CCD)、图像采集卡和计算机组成；激光器发出的激光经分束镜后得到两路光，其中一路经第一扩束镜扩束滤波后，照射到集成电路试件的表面反射形 成物光；从分束镜得到的另一束光作为参考光，该参考光经第一反射镜和第二反射镜的反 射以及由第二扩束镜扩束滤波后，与经过成像透镜后的物光在棱镜处汇合，两束光照射在 电耦合元件靶面上；当上述两束光的光程相等时，则会在电耦合元件的靶面上干涉，电耦合 元件把光信号转化为电信号，经图像采集卡的采集及处理后，得到清晰的散斑条纹信息。上 述方案所述集成电路试件表面反射光线与电耦合元件的靶面向垂直。上述方案所述温控系统为加热箱，集成电路试件夹持放置在该加热箱的内部。本专利技术通过建立一套基于电子散斑技术的测量系统，给集成电路试件施加温度应 力，测量集成电路试件封装的离面位移随温度变化规律，找出集成电路试件失效机理发生 变化的温度点进而确定其失效机理一致的温度范围；接下来根据失效机理一致温度范围内 集成电路试件的离面位移变化规律来提取其失效激活能；最后结合阿伦尼斯模型和累积失 效模型建立寿命预测模型，得出该集成电路试件不同温度环境下的工作寿命。与现有技术相比，本专利技术的优点是1、解决了加速寿命试验过程中，因集成电路试件失效机理发生变化而给可靠性寿 命预测带来的误判问题，该研究成果对电子产业，特别是I C行业的产品质量控制有着重要 作用；2、本专利技术直接对成品进行测量，可获得实验现场数据，克服了理论分析与实际制 造封装产品之间的误差，具有测量灵敏度高，精度高、数据可靠等特点；3、本专利技术可实现实时测量、显示，不需要降温过程，同时克服了环境试验时间久、 需求样品多的缺点，可以快速分析集成电路试件的可靠性以及预测其寿命。附图说明图1为本专利技术的原理示意图；图2为本专利技术测试系统原理图；图3为离面位移随温度变化的曲线图；图4为失效机理一致判别曲线图。具体实施例方式本专利技术提供一种，如图1所示， 包括如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于电子散斑技术预测集成电路工作寿命的方法，包括如下步骤：１）建立一套基于电子散斑技术的光学测试平台，并将集成电路试件放置在搭建好的光学测试平台上，利用温控系统给集成电路试件施加序进温度应力，同时给试件施加正常水平的恒定电应力；２）记录集成电路试件的离面位移随温度变化的规律曲线；其特征在于：还包括有如下步骤，３）根据步骤２）所得离面位移随温度变化的数据，拟合得ｌｎ（ΔＳ／Ｔ↑［２］Ｓ↓［０］）和－１／Ｔ曲线，即：ｌｎ（ΔＳ／Ｔ↑［２］Ｓ↓［０］）＝（－Ｑ／Ｋ）１／Ｔ＋ｌｎ（Ａ′ｋｊ↑［ｎ］Ｖ↑［ｍ］／βＱ）其中Ａ′＝Ａ／Ｓ↓［０］，Ａ为一常数值，Ｓ↓［０］为芯片表面初始位移值，ΔＳ为离面位移变化值，Ｔ为测试时的温度，ｋ波尔兹曼常数，ｊ为电流密度，Ｖ为工作电压值，ｎ为电流密度幂指数因子，ｍ为电压幂指数因子，Ｑ为失效激活能，β为温度变化率；上述曲线即为失效机理一致判别曲线，该曲线的拐点位置即为失效机理变化的温度点，由此曲线即可得出失效机理一致的温度范围；４）通过下式提取出在失效机理一致的温度范围内集成电路试件的失效激活能，ΔＳ↓［１］Ｓ↓［２］／ΔＳ↓［２］Ｓ↓［１］＝∫↓［Ｔ↓［１］］↑［Ｔ↓［２］］ｅｘｐ（－Ｑ／ｋＴ）ｄＴ／∫↓［Ｔ↓［３］］↑［Ｔ↓［４］］ｅｘｐ（－Ｑ／ｋＴ）ｄＴ其中，Ｔ↓［１］～Ｔ↓［２］和Ｔ↓［３］～Ｔ↓［４］为同一失效机理下的两个不同的区间段ΔＳ↓［１］为Ｔ↓［１］～Ｔ↓［２］区间段内的离面位移变化量，ΔＳ↓［２］为为Ｔ↓［３］～Ｔ↓［４］区间段内的离面位移变化量，Ｓ↓［１］为Ｔ↓［１］对应的离面位移值，Ｓ↓［２］为Ｔ↓［３］对应的离面位移值，Ｑ为失效激活能，ｋ波尔兹曼常数，Ｔ为测试时的温度；５）将上述求出的失效激活能代入下述寿命预测模型，即τ＝∫↓［Ｔ′↓［１］］↑［Ｔ′↓［２］］ｅｘｐ（－Ｑ／ｋＴ）ｄＴ／βｅｘｐ（－Ｑ／ｋＴ↓［ｉ］）得出不同温度Ｔ↓［ｉ］条件下集成电路试件的工作寿命τ，其中Ｔ′↓［１］～Ｔ′↓［２］温度范围内集成电路的失效机理与常温工作环境温度Ｔｉ的失效机理一致，Ｑ为失效激活能，β为温度变化率，ｋ波尔兹曼常数，Ｔ为测试时的温度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁纵横，宋美杰，熊显名，张文涛，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]