第３期
杨立功等 ：半导体可靠性技术现状与展望
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电路 的 集 成 度 和 复 杂 度 日 益 增 加 ， 制造工艺越来越
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］ ２ ５ － 。 术是一门主要研究半导体产品失效机理的学科 ［
图 ２ 半导体可靠性技术的研究内容
３ 半导体可靠性技术的研究内容
半导体器件及电路作为现代信息社会的基础物 质条 件 ， 其可靠性在很大程度上决定了整个信息社 会运行的可靠 和 安 全 。 因 此 ， 半导体可靠性技术作 为可 靠 性 技 术 的 一 个 重 要 分 支 ， 在近几十年得到了 迅速的发展 ， 取 得 了 大 量 有 益 的 成 果。半 导 体 可 靠 性技术的主要研究内容如图 １ 所示 。
杨立功 ，于晓权 ，李晓红 ，罗 俊
（ ） 中国电子科技集团公司 第二十四研究所 ，重庆 ４ ０ ０ ０ ６ ０
摘 要： 各种新材料 、 新工艺和新的设计技术不断涌现 ， 给半导体器 随着半导体技术的迅速发展 ， 介绍了半导体可靠 件及电路带来了各种新的可靠性问题 。 阐述了半导体可靠性 技 术 的 基 本 概 念 ， 性技术的主要研究内容 ， 分析了在该领域国内外的研究现状 ， 对国内半导体可靠性技术研究方向提 出了建议 ， 以期最大限度地保证国产半导体产品的质量与可靠性 。 关键词 ： 半导体 ；失效机理 ；可靠性设计 ；工艺可靠性
４ 半导体可靠性技术的研究现状
以美国 、 欧洲和 日 本 为 代 表 的 发 达 国 家 在 半 导 体技术领域拥有最先进的技术 ， 几乎垄断了光 刻机 、 离子先进半导体设备的研制和生产 ， 同时 ， 在半导体 基础材料 、 半导体工艺用化学试剂 、 半导体工艺及器 集成电路仿真与设计软件 件模 拟 软 件 Ｔ Ｃ Ａ Ｄ、 ［ ］ ６ ８ 半导体器 件 可 靠 性 分 析 与 表 征 设 备 、 半导 Ｅ Ｄ Ａ － 、 体测试设备及可靠性试验设备等方面均处于垄断 地 位 。 这些领域均直接或间接地涉及到半导体可靠 性 技术的研究 。 因此 ， 美、 日、 欧的高等院校 、 研究机构 和大型半导体科技公司在半导体可靠性技术的各 个 并取得了较大的成 方面 均 开 展 了 大 量 深 入 的 研 究 ， 果， 其中的一些成果已经在世界范围内得到广泛应 用。 当前 ， 国际上在该领域的研究热点主要包括 ： 微 纳米集成电路失 效 机 理 及 模 型 研 究 （ 新型栅介质材 料可靠性 ， 如Ａ 新 型 互 连 材 料， 如Ｃ 新结构 ｌ Ｈ ｆ Ｏ； ｕ； 器件 ， 如Ｆ 超大 ｉ ｎ Ｆ Ｅ Ｔ、 ３ Ｄ 集 成 电 路 失 效 机 理 研 究、 、 规模集成电路 可 靠 性 仿 真 技 术 研 究 （ 半 Ｓ ｏ Ｃ 芯 片） 导体新材料器件失效机理研究 （ 如石墨烯晶体 管 、 氮 。 化镓 ＨＢ Ｔ， ＨＥＭＴ 等 ） 在国内 ， 目前专 门 从 事 半 导 体 可 靠 性 技 术 研 究 的单位主要集中在高校和专业可靠性技术研究所， 如北航 、 西安电 子 科 大 、 北 京 工 业 大 学、 工信部电子 第五研究所等 。 而专业半导体企事业单位往往对 可 靠性技术研究 不 够 重 视 ， 研 究 较 少， 即 便 有 所 涉 足， 也往往流于形式 ， 深度和广度不够 ， 导致国内半导体 产品的可靠性水平与国际先进水平之间仍然存在 着 巨大差距 。 当前 ， 国内半导体可靠性研究主要集中 在半 导 体 器 件 可 靠 性 试 验 、 集成电路可靠性仿真设 计、 工艺可靠性表征结构设计与测试 、 可靠性试验模 拟仿真等方面 ， 对可靠性失效机理的研究较少 。
第４ ５ 卷第 ３ 期 ２ ０ １ ５年６月
微 电 子 学
Ｖ ｏ ｌ ． ４ ５，Ｎ ｏ ． ３ Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ５
Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ

半导体可靠性技术现状与展望
１］ 。 为了在进一步提高 靠性是其发展的两个制高点 ［
断被 开 发 出 来 ， 这也带来了各种新的半导体可靠性 半导 体 可 靠 性 技 术 已 经 成 为 与 半 导 体 问题 。 因此 ， 工艺及设计技术同样重要的研究方向 。 本文阐述了半 导 体 可 靠 性 技 术 的 基 本 概 念 ， 介 绍了 半 导 体 可 靠 性 技 术 的 主 要 研 究 内 容 ， 并在此基 分析了国内外在半导体可靠性技术领域的研 础上 ， 究现状 。 最后 ， 结合中国电科第二十四研究所的科 对国内半导体可靠性技术研究方 研生 产 实 践 经 验 ， 向提 出 了 建 议 ， 以期为促进我国半导体可靠性技术 的发展起到促进作用 。
图 １ 半导体可靠性技术的主要研究内容
对半导体技 术 来 说 ， 其 发 展 主 线 有 两 条： １）传 统的硅器 件 和 电 路 继 续 按 照 摩 尔 定 律 向 着 高 集 成 度、 小器件尺寸方向发展 ， 在器件进入纳米尺度范围 后， 量子效应成为影响器件可靠性的主要失效机理 ； ）出现了大量新的材料和工艺技术 ， 将半导 体 技 术 ２ 从以 硅 和 锗 为 主 要 材 料 的 第 一 代 半 导 体 材 料 ， 逐渐 向以砷化镓 、 磷化铟为代表的第二代半导体材料 ， 以 氮化 镓 ， 碳化硅为代表的第三代半导体和以石墨烯 为代 表 的 第 四 代 半 导 体 材 料 发 展 ， 这也带来了诸多 新的可靠性问题 。 半导体可靠性技术的主要研究内 容如图 ２ 所示 。
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杨立功等 ：半导体可靠性技术现状与展望
２ ０ １ ５年
学技术 ， 是从 １ 在世界范围内逐渐发 ９ ５ ０ 年 代 开 始， 化 学、 数 学、 机械及电子等 展起来的一门 涉 及 物 理 、 ， 诸多领域的 新 型 交 叉 学 科 。 所 谓 “ 不 可 靠” 就是引 起产 品 性 能 退 化 或 者 失 效 ， 以致其不能在规定条件 和规定时间内完成规定的功能 。 导致产品 “ 不可靠 ” 的外 在 表 象 是 产 品 的 失 效 模 式 ， 即产品出了什么故 障 。 引起这种 “ 不可靠 ” 的内在实质是产品的失效机 理， 即导致产品故障的原因 。 因此 ， 半导体可靠性技
２ 半导体可可靠 ” 问题的一门科
尽可能地降低其成本 ， 一方 半导体器件性能的同时 ， 半导体技术不断朝着小尺寸和高集成度的方向 面，
； 收稿日期 ： 定稿日期 ： ２ ０ １ ５ ０ １ ２ ０ ２ ０ １ ５ ０ ２ ０ ２ － － － － ， ， 作者简介 ： 杨立功 （ 男（ 汉族 ） 山西昔阳人 ， 工程师 ， 主要从事集成电路专业技术人才管理与激励研究工作 。 １ ９ ７ ７－ ）
１ 引 言
半导体技术作为现代信息社会的基础支撑性技 术， 日益受到重视 。 随着科学技术的进步 ， 半导体技 以硅基 术在最 近 几 十 年 来 得 到 非 常 迅 速 的 发 展 ， ＣＭＯ Ｓ 集成电 路 技 术 为 代 表 的 半 导 体 技 术 已 经 进 入了纳米时代 ， Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ等大 公 司 研 制 的 特 征 尺 寸 仅 为 以砷化镓 、 氮化 ２ ２ｎ ｍ 的微处理器已经量产 。 同时 ， 镓及碳化硅为代表的新型半导体材料及器件也得到 日益广泛的应用 。 从半导体技术 的 发 展 规 律 来 说 ， 高性能和高可
中图分类号 ： ＴＮ ７ ２ ２． ７ 文献标识码 ： Ａ （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ４ ３ ３ ６ ５ ２ ０ １ ５ ０ ３ ０ ３ ９ １ ０ ４ － － －
DOI:10.13911/ki.1004-3365.2015.03.026
Ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｓ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｎ Ｓ ｅ ｍ ｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｉ ｅ ｓ ｐ ｙ ｇ