1引言
典型的半导体器件产品生命周期的可靠性通常用称为“浴盆曲线”的失效率曲线来表示，失效率随时间变化可以分为三个阶段：早期失效期（Infant Mortality Region）、偶然失效期和耗损失效期。
在第一个阶段早期失效期，半导体器件的失效率开始比较高，随着时间的推移快速下降。随后半导体器件进入第二个阶段的偶然失效期，在这个阶段中半导体器件长时间保持很低的、稳定的失效率，这个阶段的失效往往是由于施加了过大应力造成。最后半导体器件进入耗损失效期，在这个阶段失效率开始快速上升，造成失效的原因是产品长期使用所造成的材料和结构老化和疲劳。
在目前的产品和工艺中，由于工艺开发过程中采用了晶圆级可靠性或内置可靠性（BIR，Build in Reliability）技术，以及在产品设计过程中使用可靠性相关的设计规则和可靠性建模技术，因此，在使用寿命期间的耗损失效实际上已经不存在了，产品可靠性失效主要由存在潜在缺陷的早期失效所主导[1]。产生这些潜在缺陷的主要原因是在器件加工过程中，由于微小的异物、颗粒，以及制造设备引起的偏差和尺寸偏差等造成。
早期失效期一般为半年到一年时间，在这段时间当中器件存在较高的失效率，是影响使用可靠性的重要阶段。2早期失效的故障模式
随着集成电路集成度的不断提高，线宽、线间距越来越小，栅氧化层越来越薄，微小的残留物和颗粒对产品可靠性带来的影响越来越大。同时，芯片面积不断增大，相应芯片上栅氧总面积增大，存在缺陷的概率增加，栅氧化层可靠性问题逐渐成为器件早期失效的主要问题。
所以，栅氧化膜泄漏（Leakage）和金属异物引起的功能不良和泄漏不良是早期失效的主要故障模式。
3早期失效的筛选方法
早期失效筛选就是要诱发潜在缺陷提早失效，让器件提前进入稳定状态，最终让产品以规定的失效率水平，在规定的使用寿命内工作。
常规应用最广泛的筛选方法就是老化，让半导体器件在高温、高电压条件下进行超负荷工作，从而使缺陷在短时间内出现。
如图1所示，不经过任何老化筛选措施，器件需要在T2时间后才能从早期失效期过渡到偶然失效期，经过老化筛选后，器件可以提前在T1时间进入失效率较低的偶然失效期[2]。
老化过程需要芯片工作，保证逻辑电路原则上达到80%以上的翻转率，通过这一过程筛选临界的、具有潜在缺陷的或者是存在制造偏差的器件。
老化筛选按照不同的产品应用要求，一般需要24~168h，
半导体器件早期失效筛选方法
The Screening Method for Early Failure of Semiconductor Devices
张莉萍
（华大半导体，上海201203）
ZHANG Li-ping
(Huada Semiconductor Co.,Ltd.,Shanghai201203,China)
【摘要】为了获得更高的产品质量和可靠性，降低产品早期失效率，老化筛选一直是半导体生产测试的常规流程。但是器件老化非常
耗时，而且会带来高昂的成本。论文讨论在何种条件下可以减少和取消器件老化，并提出了既能保证可靠性又能经济地筛选早期失
效的有效方法——
—高电压应力和IDDQ测试方法。
【Abstract】In order to obtain higher product quality and reliability,reduce the early failure rate of products,aging screening has always been
the routine process of semiconductor production testing.However,device aging is time consuming,and it will bring high costs.The paper
discusses the conditions under which device aging can be reduced and eliminated,and proposes effective methods that can ensure reliability
and economically screen early failure,namely high voltage stress and IDDQ testing methods.
【关键词】早期失效；老化；高电压应力；IDDQ测试
【Keywords】early failure;aging;high voltage stress;IDDQ testing
【中图分类号】TN303【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2021）03-0137-03
【作者简介】张莉萍（1974-），女，江苏南京人，工程师，从事汽车电
子的质量及可靠性研究。
137 . All Rights Reserved.
(下转第141页)
批号
样本数DVS rejects
Failure Rate （%）
PN1W79.12
13989
26
0.186
PN1W79.1013989410.292PN1W79.1113989250.179某些军用及航空器件甚至需要长达几百小时的老化，因此，老化筛选消耗的时间有时高达整个产品测试时间的80%左右。
同时，老化还会带来高昂的硬件成本，由于每个老化板只能容纳有限数量的器件，
产品面积越大，容纳数量越少。与此同时，每个老化炉只能放置规定数量的老化板，以144脚封装的产品为例，如果采用24h 老化，老化成本占产品总成本的30%左右。
因此，从产品尽快上市和控制成本的角度来考虑，老化并不是筛选早期失效产品的经济有效的解决方法。
本文主要是讨论了IDDQ 测试和高电压应力测试在筛选
早期失效产品上的应用及其效果。3.1高电压应力测试
高电压应力测试是通过实施高压脉冲来筛选早期失效的方法，建议使用DFT 测试模式，以获得较好的故障覆盖率。可以在40nm 的flash IP 的产品中采用SCAN 和MBIST 测试，实现故障覆盖率DC95%和AC80%。
台积电研究了一种0.25um 逻辑技术6晶体管SRAM 在FT （Final Test ）环节的DVS 筛选测试方法，并将改进后的DVS 测试方法应用于台积电0.18um 逻辑技术6晶体管SRAM 的CP 环节测试。结果表明，
该方法在CP 环节能有效地筛选出在应用中可能失效的产品。
实验通过一组经过DVS 筛选的样本，和另一组是正常的未经过DVS 筛选的样本，然后将这两组芯片放入老化炉中进行48h 的老化研究。与未经过DVS 筛选的样本相比，经过DVS 筛选的样品，老化后失效率降低了约60%[3]。
由于CP 环节的DVS 筛选可以节省不必要的封装成本和测试时间，
在40nm 的flash IP 的产品方面，首选在CP 测试环节应用DVS 筛选方法，在1.4倍VDD 下运行测试向量累积时间500ms ，随后比较DVS 前后standby 电流的变化量，将超出控制限的芯片视为存在潜在缺陷的芯片。
试验选用三个样本批次，
每个批次13989颗。试验结果表明，经过DVS 测试的比未经DVS 测试的批次多筛选出的
不良品在0.22%左右（见表1）。
表1DVS 在CP 阶段的筛选结果
DVS 筛选出来的失效样品，经PFA 分析为金属颗粒和残留。
同时，在三个批次，
每个批次抽取2000颗样品追加24h 的验证老化，老化条件为高温125℃、Vcc （max ）、24h ，三个批次都没有继续产生失效。
但是需要注意的是，高电压应力筛选测试不适合带有内部稳压电路的器件。3.2IDDQ 测试
传统的功能测试和扫描测试是基于逻辑电平的故障检测，与传统的测试不同，IDDQ 测试的是CMOS 集成电路中所有节点都处于静止状态时的电源电流，器件内的缺陷如氧化层短路、泄漏，无法通过常规的功能测试和扫描测试检测出来，
但可以被IDDQ 测试方法检测出来。R.Kawahara [4]设计了一个对比试验来验证IDDQ 的有效
性，试验选择两批1.0um 工艺的样品，第一组176459个样品作为对照样本，在老化前只进行常规的功能和参数测试，剔除不合格品后进行老化，老化结束后再进行一次常规的功能和参数测试。另一组31919个样品则在常规的功能和参数测试后添加一项IDDQ 测试，剔除不合格样品后再进行老化，老化
结束后也进行功能和参数测试。老化试验条件是125℃、VDD=7.0V 、6h 。经过试验发现，IDDQ 测试筛选使得器件的早期失效率减小了二分之一。
40nm 工艺产品由于工艺背景漏电流大，好坏器件之间
的IDDQ 差别小，常规的IDDQ 测试的有效性受到影响。因此，采取在低温-40℃环境下测试以减少背景漏电流的方法，同时，采用Delta （min-max ）IDDQ 测试方法，通过同一芯片内连续20个测试向量下的IDDQ 差分值来获得Delta 值，将Delta 的结果与设定的阈值比较，以此判断芯片的好坏，解决了IDDQ 测试有效性问题，对缺陷芯片的筛选能力更强。
在测试过程中，
考虑到IDDQ 测试的有效性，样品首先进行DVS 筛选，然后进行常规的功能和参数测试，再进行IDDQ 筛选测试。
试验选择三个批次，每个批次5710个样品，通过了功
能、参数及DVS 测试合格的样品，
在IDDQ 测试中继续产生图1老化试验与产品寿命关系
T1T2T3
早期失效期
偶然失效期
jfinal优缺点
损耗失效期
不做老化
老化后
时间
138
. All Rights Reserved.
0.1%左右的失效（见表2）。
表2IDDQ 在低温CP 阶段的筛选结果
收集通过了DVS 筛选及常规的功能和参数测试但IDDQ 测试失效样品进行分析，PFA 分析主要表现为栅氧短路、
针孔。同时，从三批次中筛选出来的良品中各抽取3200颗样品进行老化验证，老化条件为Vcc （max ）、125℃、48h ，三个批次的样品都没有继续产生失效。
可见IDDQ 测试技术，结合了高电压应力测试，可以筛选出器件中大部分栅氧缺陷和金属颗粒引起的主要故障，对于筛选存在潜在缺陷的早期失效是十分有效的。
4结语
IDDQ 和高电压应力测试可以有效地筛选存在潜在缺陷
的早期失效的产品，同时，这个方法不需要额外的老化板和老化炉的投入，是一种既能保证可靠性又经济的方法，可以在一定程度上取代老化过程，但是对于军用、航空等产品应用，老化过程还是必不可少的，有效地筛选早期失效的方法还需要半导体制造商进行不断的学习和探讨。
【参考文献】
【1】J.A.Van der Pol,E.R.Ooms,T.Van 't Hof,et al.Impact of screening
of latent defects at electrical test on the yield -reliability relation and application to burn -in elimination [C]//IEEE International Reliability Physics Symposium.IEEE,1998.【2】王茉.军用集成电路老炼筛选技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大
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【3】Tsao C Y,Shiue R Y,Ting C C,et al.Applying dynamic voltage
stressing to reduce early failure rate [C]//IEEE International Reliability Physics Symposium.IEEE,2001.
【4】Kawahara R,Nakayama O,Kurasawa T.The effectiveness of iddq and
high voltage stress for burn-in elimination [C]//IDDQ Testing,1996.IEEE International Workshop on.IEEE,1996.
(上接第138页)
像大理石一样的效果。
5主要地坪性能对比
5.1地坪性能测试
待新型反应性硬化剂地坪施工完成后，
硬化剂会与半水化成分和氧化硅、游离钙继续反应。2~3周后进行地坪性能测试，包括平整度检测、强度等级检测、耐磨性能检测以及感观质量检查等。
平整度可以用2m 靠尺和锲形塞尺检查，强度可以用回弹仪初步检查，耐磨性可以用刻痕法检查、感观质量通过肉眼和触感检查。主要地坪性能对比如表1所示。5.2环氧树脂地坪优缺点
环氧树脂地坪优点有抗水性能、抗污性能好，洁净度高，颜多样；缺点是养护周期长，耐磨度、强度低，易出现空鼓、开裂、掉，寿命短且施工时气味大，对环境存在污染，后期维修难度大等问题。5.3骨料耐磨地坪优缺点
骨料耐磨地坪优点有强度较高、耐磨性较好、成本低廉、彩多样；缺点是抗渗性差、防尘能力差、存在和环氧树脂地坪一样容易开裂、
掉、空鼓、维修难度大等问题，且其氧化铁系列粉对水环境存在污染。5.4新型液态反应型硬化剂地坪优缺点
新型液态反应型硬化剂地坪优点有养护周期短，强度、
耐磨性高，无毒无污染、抗刮伤划痕、光泽度高，使用寿命长（可长达20年）；缺点是颜单一，对施工机械设备、人员技术要求较高。6结语
工程实际表明跳仓法、激光整平技术、新型液态反应型硬化剂的联合运用有效提高了大面积地坪的施工质量，成功解决了大部分地坪不抗刮伤划痕、开裂空鼓等质量问题，大大满足了市场对高质量大面积地坪的需求，具有极高的推广价值。
【参考文献】
【1】苗超.混凝土密封固化剂在工业厂房地面工程中的应用[J].工程建
设与设计,2020(13):152-154.
【2】潘泳龙，李存光，余定恒.混凝土密封固化剂在耐磨地坪中的应用
探究[J].住宅与房地产,2019(16):118.
【3】顾华.跳仓法在超大面积混凝土工程施工中的应用[J].建筑施工,
2019,41(08):1445-1446.
【4】唐泽铭.“跳仓法”施工新技术实践[J].建设科技,2019(10):84-90.
类别环氧树脂地坪骨料耐磨地坪新型液态反应型硬化剂地坪理化性能有机、双组分液态材料无机材料、金属或非金属材料
无机、单组分液态材料耐磨度比无提升提升1倍提升3~5倍
使用寿命3~5年5~10年>20年可燃性
可燃，防火等级
B2级
不可燃
不可燃、
防火等级A1级
莫氏强度2级4~5级9级光泽度>101~3>10表1地坪性能对比表
批号样本数IDDQ rejects
Failure Rate （%）
PVCY22.00-07
5710
4
0.07
PVCY22.00-05571090.16PVCY22.00-06571070.12141
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