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第1章　概述1

1.1　可靠性工作的意义与内容1

1.2　质量、可靠性、经济性之间的关系2

1.3　可靠性工作的内容3

1.3.1　基础3

1.3.2　技术3

1.3.3　管理3

1.3.4　教育交流4

1.4　本教材的对象、内容与重点4

第2章　可靠性的数学基础5

2.1　可靠性的定量表征［1,2,4］5

2.2 常用的概率分布［1,3,4］9

2.2.1 二项分布b（n,p）9

2.2.2 泊松分布10

2.2.3 指数分布10

2.2.4 正态分布11

2.2.5 对数正态分布12

2.2.6 威布尔分布13

2.3 可靠性框图和数学模型［4,5］15

2.3.1 基本概念及其意义15

2.3.2 串联系统17

2.3.3 并联系统18

2.3.4 混联系统22

2.3.5 冷贮备系统23

2.4 分布的检验［3］24

思考题与习题25

参考文献25

第3章 失效物理26

3.1 氧化层中的电荷［1,2,6］26

3.1.1 电荷的性质与来源26

3.1.2 对可靠性的影响27

3.1.3 降低氧化层电荷的措施28

3.2 热载流子效应［3,6］29

3.2.1 热载流子效应对器件性能的影响29

3.2.2 电荷泵（CP）技术［7,8,9］30

3.2.3 退化量的表征32

3.2.4 影响因素33

3.2.5 改进措施33

3.3 栅氧击穿34

3.3.1 击穿情况34

3.3.2 击穿机理35

3.3.3 击穿的数学模型与模拟［11,12］36

3.3.4 薄栅氧化层与高场有关的物理／统计模型［13～16］36

3.3.5 改进措施38

3.4 电迁移［1］38

3.4.1 电迁移原理38

3.4.2 影响因素40

3.4.3 失效模式41

3.4.4 抗电迁移措施41

3.4.5 铝膜的再构42

3.4.6 应力迁移［3］42

3.5 与铝有关的界面效应［1］42

3.5.1 铝与二氧化硅42

3.5.2 铝与硅43

3.5.3 金与铝45

3.6 热电效应45

3.6.1 热阻45

3.6.2 热应力46

3.6.3 热稳定因子［1］46

3.6.4 二次击穿［4］48

3.7 CMOS电路的闩锁效应［4］49

3.7.1 物理过程49

3.7.2 检测方法50

3.7.3 抑制闩锁效应的方法51

3.8 静电放电损伤［3,4,6］52

3.8.1 静电的来源52

3.8.2 损伤机理与部位52

3.8.3 静电损伤模式53

3.8.4 静电损伤模型及静电损伤灵敏度53

3.8.5 防护措施53

3.9 辐射损伤［4］54

3.9.1 辐射来源54

3.9.2 辐照效应55

3.9.3 核电磁脉冲损伤56

3.9.4 抗核加固56

3.10 软误差［3,5,6］56

3.10.1 产生机理56

3.10.2 临界电荷57

3.10.3 改进措施58

3.11 水汽的危害58

3.11.1 水汽的来源与作用59

3.11.2 铝布线的腐蚀59

3.11.3 外引线的锈蚀59

3.11.4 电特性退化60

3.11.5 改进措施60

思考题与习题60

参考文献61

第4章 失效分析63

4.1 失效模式与失效机理［1］63

4.1.1 失效分析的目的和意义63

4.1.2 失效模式与模式分布63

4.1.3 主要失效机理64

4.2 失效模型64

4.2.1 应力—强度模型65

4.2.2 Arrhenius模型65

4.2.3 Eyring模型66

4.2.4 最弱环模型67

4.2.5 累积损伤模型67

4.3 失效分析的内容与程序［1,2,8］67

4.3.1 开封前68

4.3.2 开封68

4.3.3 开封后69

4.3.4 总结69

4.4 微分析技术的物理基础［5］69

4.5 电子显微镜［3,5,7］71

4.5.1 透射电镜71

4.5.2 扫描电镜73

4.5.3 电子探针X射线显微分析76

4.6 电子能谱及质谱［5,7］76

4.6.1 俄歇电子能谱76

4.6.2 X射线光电子能谱78

4.6.3 二次离子质谱79

4.6.4 管内残气分析［1］81

4.7 红外分析［5］81

4.7.1 物体的辐射与红外光81

4.7.2 红外热分析82

4.7.3 红外光谱分析82

4.8 破坏性物理分析［6］83

4.9 失效分析实例84

4.9.1 漏电流过大84

4.9.2 管内水汽［10］84

4.9.3 钝化层过薄（航天工业总公司半导体器件失效分析中心提供）85

4.9.4 氧化层缺陷（航天工业总公司半导体器件失效分析中心提供）85

思考题与习题87

参考文献87

第5章 可靠性设计88

5.1 可靠性设计的基本概念88

5.1.1 微电路可靠性设计的必要性88

5.1.2 微电路可靠性设计的基本含义89

5.1.3 微电路可靠性设计技术的分类89

5.1.4 微电路可靠性设计的特点89

5.2 针对主要失效模式的工艺技术和器件结构设计（例）91

5.3 常规可靠性设计技术92

5.3.1 降额设计92

5.3.2 冗余设计93

5.3.3 灵敏度分析95

5.3.4 最坏情况分析96

5.4 可靠性模拟97

5.4.1 基本概念97

5.4.2 电迁移模拟技术路线98

5.4.3 用于可靠性模拟的电迁移模型99

5.4.4 电迁移可靠性模型参数提取101

5.4.5 微电路版图信息的提取104

5.4.6 电迁移模拟分析104

5.4.7 设计规则指导意见105

5.5 内建可靠性106

5.5.1 内建可靠性的提出背景106

5.5.2 内建可靠性技术的特点107

5.5.3 微电路可靠性的表征109

思考题与习题109

参考文献110

第6章 工艺可靠性111

6.1 “工艺可靠性技术”概述111

6.1.1　“工艺可靠性”的基本概念111

6.1.2　“工艺可靠性”的技术思路112

6.1.3　未来的“工艺可靠性”技术115

6.2　工艺参数监测技术115

6.2.1　概述115

6.2.2　方块电阻测试中的微电子测试图技术117

6.2.3　测量金属-半导体接触电阻和接触电阻率的微电子测试图121

6.2.4　光刻套刻误差测试结构125

6.3 PPM技术126

6.3.1 PPM的概念126

6.3.2 PPM应用之一——IC原材料质量水平的表征126

6.3.3 PPM应用之二——电子元器件出厂平均质量水平的评定127

6.3.4 PPM应用之三——工艺质量水平的表征128

6.4 工序能力分析和6σ设计129

6.4.1 工序能力的定量表征129

6.4.2 6σ设计131

6.5 SPC技术132

6.5.1 概述132

6.5.2 SPC技术流程134

6.5.3 关键过程节点和关键工艺参数135

6.5.4 用于工艺受控状态定量分析的常规控制图技术135

6.5.5 适用于微电路生产的控图技术140

6.6 工艺控制技术142

6.6.1 概述143

6.6.2 逐批反馈控制143

6.6.3 实时反馈控制145

6.6.4 前馈控制146

思考题与习题147

参考文献147

第7章 可靠性试验149

7.1 可靠性试验的分类及内涵［1,6,9］149

7.1.1 可靠性试验的分类149

7.1.2 可靠性增长试验和失效分析试验150

7.1.3 老炼试验和筛选试验150

7.1.4 模拟试验和现场试验150

7.1.5 例行试验、质量一致性检验和可靠性验收试验150

7.1.6 可靠性鉴定试验、可靠性定级试验和可靠性维持试验151

7.2 环境试验、机械试验和电磁试验的主要内容与目的［9］151

7.2.1 环境试验151

7.2.2 机械试验154

7.2.3 静电放电敏感度试验156

7.3 抽样理论［6,8］157

7.3.1 概述157

7.3.2 计数抽样试验／检验方案原理157

7.3.3 计数抽样方案的制定159

7.4 试验数据的处理方法［2～6］161

7.4.1 最佳线性无偏估计161

7.4.2 极大似然估计163

7.4.3 图估计方法163

7.5 试验方案的制定方法165

7.5.1 项目的选择165

7.5.2 试验条件166

7.5.3 试验顺序166

7.5.4 试验判据166

7.5.5 抽样166

思考题与习题167

参考文献167

第8章 使用可靠性168

8.1 器件的合理选用［1,2,4］168

8.1.1 关于器件的质量等级168

8.1.2 关于合格产品清单和优选元器件清单169

8.1.3 器件的选择169

8.2 微电路的额定值和降额使用［5］169

8.2.1 微电路的额定值169

8.2.2 降额使用169

8.3 浪涌引起的使用失效170

8.3.1 浪涌的产生170

8.3.2 减小或消除电浪涌的措施172

8.4 防止元器件使用中的静电损伤［3］172

8.4.1 防静电环境172

8.4.2 工作人员的防静电措施173

8.4.3 包装、运送和存放过程中的防静电措施173

8.5 防护元器件173

8.5.1 瞬变电压抑制二极管173

8.5.2 压敏电阻174

8.5.3 铁氧体磁珠174

8.5.4 正温系数热敏电阻和负温系数热敏电阻175

8.6 电子元器件的可靠性安装176

8.6.1 引线整形176

8.6.2 安装结构176

8.6.3 粘接（焊接）176

8.6.4 清洗176

思考题与习题177

参考文献177

第9章 可靠性管理178

9.1 组织与人员管理［1～4］178

9.1.1 组织管理178

9.1.2 人员管理178

9.2 材料及外协加工件管理179

9.2.1 材料的采购179

9.2.2 外协加工件管理179

9.3 仪器设备管理180

9.4 设计、工艺及工艺控制管理180

9.5 文件、记录与信息管理181

9.6 试验评价与失效分析管理182

思考题与习题182

参考文献182