《半导体器件可靠性物理》求取 ⇩

目录1

第一章 半导体器件的结构、制造工艺及可靠性1

1.1 硅平面工艺及其缺陷1

1.1.1 外延2

1.1.2 热氧化6

1.1.3 光刻10

1.1.4 扩散12

1.1.5 金属化18

1.1.6 离子注入20

1.1.7 后部工序23

1.2 半导体器件的结构27

参考文献38

第二章 半导体器件参数及其温度效应39

2.1 半导体参数39

2.1.1 禁带宽度Eg39

2.1.2 本征载流子浓度ni40

2.1.3 漂移迁移率μ41

2.1.4 载流子的扩散系数D46

2.1.5 热导率K48

2.1.6 少数载流子寿命τ49

2.2 半导体的重掺杂效应52

2.2.1 重掺杂引起禁带宽度变窄52

2.2.2 掺杂浓度对费米能级的影响56

2.2.3 重掺杂半导体中的本征载流子浓度57

2.2.4 重掺杂半导体中的少数载流子寿命τ58

2.3.1 pn结反向电流IR59

2.3 双极型器件参数59

2.3.2 pn结正向电流和电压62

2.3.3 晶体管发射极电流64

2.3.4 晶体管的集电极电流65

2.3.5 晶体管的基极电流65

2.3.6 电流增益67

2.3.7 pn结的击穿电压77

2.3.8 晶体管的击穿电压80

2.3.9 晶体管的饱和压降VCES82

2.3.10 晶体管的交流参数83

2.4.1 有效迁移率μeff90

2.4 MOS场效应器件90

2.4.2 阈值电压VT93

2.4.3 跨导gm95

2.4.4 最高工作频率fm96

2.5 肖特基势垒二极管97

2.6 半导体器件的热噪声100

参考文献102

第三章 热与热电反馈效应106

3.1 热量的传递106

3.2 芯片温度场108

3.2.1 热传导方程109

3.2.2 稳态温度场114

3.2.3 热传导方程的数值求解122

3.3 热阻126

3.3.1 热阻的定义126

3.3.2 热阻的计算131

3.3.3 热阻的测试139

3.3.4 瞬态热阻144

3.3.5 热阻的温度关系150

3.3.6 接触热阻151

3.4 热电反馈效应153

3.4.1 E-B折回特性153

3.4.2 热稳定因子157

3.4.3 稳定热斑161

3.4.4 热稳定因子的修正166

3.4.5 双单元功率晶体管的热不稳定性167

3.5 二次击穿170

3.5.1 概述170

3.5.2 双极型器件产生二次击穿的机理172

3.5.3 雪崩注入理论的定性描述175

3.5.4 发射极电流夹紧时电流沿发射结的非均匀177

分布177

3.5.5 在感性负载下晶体管中二维非等温载流子181

流181

3.5.6 MOS器件的二次击穿189

3.5.7 CMOS集成电路的寄生可控硅效应197

3.6 安全工作区203

3.6.1 正偏直流安全工作区的定义204

3.6.2 关于安全工作区的几点讨论208

3.6.3 功率MOS场效应晶体管的安全工作区212

参考文献215

第四章 界面效应219

4.1 硅-二氧化硅界面219

4.1.1 氧化层电荷220

4.1.2 可动离子电荷对器件可靠性的影响225

4.1.3 界面陷阱电荷Qit对器件可靠性228

的影响228

4.1.4 热载流子注入效应230

4.1.5 钝化245

4.2 铝-二氧化硅界面264

4.2.1 二氧化硅薄膜的击穿机理265

4.2.2 与时间相关的介质击穿270

4.2.3 热生长薄二氧化硅膜可靠性的改进282

4.2.4 铝与二氧化硅的化学反应285

4.2.5 铝金属化表面的再结构286

4.3 铝-硅界面291

4.3.1 硅向铝中的固态溶解291

4.3.2 硅在铝中的电迁徙295

4.3.3 铝在硅中的热电迁徙295

4.3.4 防止铝-硅界面退化的措施301

4.3.5 铝-多晶硅界面303

4.3.6 铝-硅或铝-多晶硅界面引起的器件失306

效模式306

4.4.1 金的多层金属化系统314

4.4 金属间界面314

4.4.2 金属硅化物317

4.4.3 金-铝界面322

4.5 芯片焊接界面326

4.5.1 天然氧化物的影响327

4.5.2 合金局部穿透329

4.5.3 焊接层的热疲劳329

参考文献336

第五章 电徙动340

5.1 引言340

5.2 电徙动物理341

5.2.1 金属薄膜的缺陷和扩散341

5.2.2 电徙动的离子流密度346

5.2.3 离子流散度349

5.2.4 电徙动平均失效时间MTF354

5.3 金属薄膜的热效应358

5.3.1 完整金属薄膜稳态下的温度分布359

5.3.2 金属薄膜裂痕的影响362

5.4 晶粒尺寸和几何形状设应369

5.5 介质覆盖效应375

5.5.1 介质覆盖的试验结果述评376

5.5.2 介质覆盖的表面抑制与压强效应379

5.5.3 介质覆盖的热沉效应380

5.6 合金效应388

5.6.1 铝-铜合金388

5.6.2 铝-硅合金393

5.6.3 铝-铜-硅合金397

5.7 脉冲电流下的电徙动401

5.8 超大规模集成电路金属化的电徙动404

5.8.1 超大规模集成电路的尺度效果404

5.8.2 超大规模集成电路中金属薄膜电徙动的407

特点407

5.8.3 超大规模集成电路中铝合金膜的409

电徙动409

5.9 微波功率晶体管的电徙动414

5.9.1 与试验金属薄膜的差异415

5.9.2 电徙动的试验研究417

5.9.3 金铝之争421

5.10.1 多晶硅薄膜的电徙动424

5.10 多晶硅薄膜与镍铬薄膜的电徙动424

5.10.2 镍铬电阻膜的电徙动426

5.11 小结428

参考文献431

第六章 静电效应436

6.1 静电的产生和放电436

6.1.1 静电的产生436

6.1.2 静电源438

6.1.3 静电放电439

6.2 静电损伤模型441

6.2.1 荷电人体的静电放电模型442

6.2.2 荷电器件的静电放电模型453

6.2.3 场感应静电放电模型457

6.3 静电损伤的失效模式458

6.3.1 突发性完全失效459

6.3.2 潜在性失效464

6.4 静电敏感性466

6.5 静电保护472

6.5.1 MOS器件的栅保护472

6.5.2 双极型器件的静电防护482

6.5.3 其他的防静电措施483

参考文献485

第七章 辐射效应487

7.1 辐射环境和材料的辐射效应487

7.1.1 辐射环境487

7.1.2 电离辐射效应490

7.1.3 位移辐射效应491

7.1.4 电磁脉冲493

7.1.5 热辐射及其他效应493

7.2 双极型半导体器件的辐射效应494

7.2.1 二极管的辐射效应494

7.2.2 晶体管的辐射效应497

7.2.3 可控硅整流器的辐射效应506

7.2.4 太阳能电池507

7.3 双极型集成电路的辐射效应509

7.3.1 电离辐射效应509

7.3.2 中子损伤效应511

7.3.3 双极型器件的电磁脉冲效应513

7.4 双极型器件的核加固514

7.4.1 双极型晶体管的核加固515

7.4.2 双极型集成电路的核加固516

7.5 场效应器件的辐射效应520

7.5.1 结型场效应晶体管的辐射效应521

7.5.2 MOS场效应晶体管的辐射效应522

7.5.3 MOS集成电路的辐射效应531

7.6 大规模集成电路和超大规模集成电路的软误差（SER）效应——封装材料α射线的影响535

7.6.1 α射线造成的软误差机理536

7.6.2 影响软误差率的因素540

7.6.3 降低软误差率的措施545

7.7 MOS器件的核加固547

参考文献554

8.1 电化学腐蚀558

第八章 湿度效应558

8.1.1 电化学概念559

8.1.2 半导体器件中的腐蚀电池563

8.1.3 柯伐封装引线的电化学腐蚀567

8.1.4 铝金属化的腐蚀570

8.2 塑料封装的可靠性575

8.2.1 封装树脂中的杂质576

8.2.2 封装树脂的吸潮性579

8.2.3 封装树脂对器件特性的影响583

8.2.4 温度、湿度、偏压加速寿命试验585

参考文献590

主要符号表592