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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