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芯片可靠性测试与设计讨论

嘉峪检测网        2021-05-20 15:33

芯片的寿命试验HTOL(high temperature operation life)测试,曾经被认为某个芯片通过了HTOL 测试之后,就能够达到10年的寿命要求,其实不然。主要原因如下:

 

1)失效机理的影响:我们把引起芯片电路失效的几个失效机理一一列出来看看,分析一下他们的加速系数就可以看到,芯片HTOL测试其实并不是都能够在1000小时,vddmax,125c条件下能够加速到10年。如下图所示,EM和BEOL TDDB的加速系数都很小,粗略估计1000小时,就等于2年不到的寿命。因此,HTOL是无法发现芯片在EM和BEOL TDDB设计问题。因此芯片的EM和BEOL TDDB是通过可靠性仿真来保证的。

芯片可靠性测试与设计讨论

2)测试覆盖率的影响:HTOL的测试覆盖率不高,更别说做到100%了。由于试验设备的限制,HTOL的测试覆盖率比ATE测试机台低得多。只能跑部分ATE的向量。因此这个时候就需要通过可靠性仿真来补足。

3)对于模拟电路,HTOL无法通过抬升电压来加速1000小时到10年的寿命。因为模拟电路的直流工作点不能抬升太多,否则无法正常翻转。这样HTOL只能在接近正常工作电压下做测试,相对于数字电路能够升压到1.4vdd下测试,模拟电路做HTOL的意义不大。只能通过可靠性仿真来保证。

可以说芯片可靠性有80%以上是通过仿真来保证的。这样做HTOL有什么用?

我们来看看下面的电路,先看左边的电路,MOS在HCI的作用下管子的vth增加,vth增加会引起MOS两端的电压vds增加,vds增加又加速了HCI效应。这样形成了一个正反馈的退化作用。由于仿真的模型是用单个MOS device测试出来的,没有考虑实际电路中这种情况,因此仿真结果会过于乐观。右边的电路也类似,因此,这个时候就需要HTOL来发现电路中的这种风险。

总结,如下表所示:每一种失效机理都有对应的仿真手段和测试方法,需要相互搭配使用,才能完成对芯片的可靠性保证。

芯片可靠性测试与设计讨论

 

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来源:可靠性的边界