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TCV在MIL-PRF-38535中的全称为 technology characterizationvehicle直译为技术描述载体,在GJB7400中解释为可靠性表征结构。TCV这个概念的引入是为了约束承制方,在鉴定审核(QA)期间提供一种技术和工艺执行用的TCV及其流程,这个程序应该至少能包括必要而合理的测试结构来验证(或表征)制造工艺对产品固有可靠性的影响。对于集成电路来说,这些内容应包括电迁移、时间相关介质击穿(TDDB),栅极下沉(栅沉),欧姆接触退化(衰退),侧栅/背栅和热载流子效应,后续如果集成电路的工艺技术不断发展,发现了其他的失效机制,这些机制也将随之加入到TCV及其程序中予以验证。有一点需要注意,监控固有可靠性故障的机制(TCV)不应仅在单个芯片或位置上进行,而应该通过工艺检测图形(PM),标准评价电路(SEC)或器件本身制程的SPC上来进行综合管控。
在首次认证时,为每一个失效机理所采用的充分的TCV测试需要进行加速老化试验的考核。对于需要认证的制造产品,TCV测试结构应从三个相同工艺的晶圆批次中平均地、随机抽取(该三批次的制造过程应遵从待认证工艺要求)。且这些晶圆样例应通过晶圆或晶圆批次的验收。加速寿命试验将对每种失效机理给出平均失效时间(MTTF)的估计和失效时间的分布。从这些分布可以预测在最坏情况下的寿命或最坏情况下的失效率。还需要注意的是,这些晶片应该是完成玻璃钝化后的芯片。把这些加速寿命数据和分析数据的摘要整理归档,以供鉴定机构审核(QA)。首次认证的MTTF、失效分布和加速因子将用作后续工艺TCV结果的比对基准。包括激活能的评估,基于电压和温度的技术加速因子,长期可靠性、已知的失效机理和对策等内容。
所有TCV测试结构应采用与工艺中标准电路相同的封装材料和组装材料来进行封装。如果在某些情况,TCV测试结构无法按上述要求进行封装,可以将TCV封装在合适的外壳中来评估待认证的芯片工艺,但此外壳不能影响试验的结果。TCV结构不需要使用鉴定过的外壳,因为已鉴定外壳的引线数往往会远超过固有可靠性研究所需的引线数。如果制造商可以提供证明晶圆等级和封装加速寿命试验结构等效的数据,鉴定审核(QA)可以对TCV的封装不做要求。
试举一个例子:封装TCV测试结构需要考虑陶瓷外壳中氢含量及其对热载流子退化的影响。大家可能了解,MOS器件中存在的氢会加剧热载流子的退化效应。如果器件钝化层不含有足够的氢以等效陶瓷封装中残留的氢,那么对于封装与非封装器件来说,用于研究热载流子效应的寿命试验结果会有明显差别。因此针对某些具体的特定机理,MIL-PRF-38535给出了TCV的明确要求。
由此我们可以看出来,TCV它不是一个可用于出货的成品,甚至也无法像SEC那样在特定环境下实现该产品设计要求的功能晶片。在一个项目中TCV不会只做一种来用于试验,而是会制造一组用于验证最终产品不同维度、不同功能的、不同封装的测试样品,站在这个角度再理解“Vehicle”这个单词,就有一种“承载某项功能”或“作为一种媒介”用于验证产品功能、性能的意义了。这一点就类似于汽车行业中的OTS——“手板件”了。作为结构样件,它会用于验证整机装配,壳体加强筋的抗压,模流分析的试验件;或作为功能样件,用于验证极限电压/电流下的产品电性能,极限环境下的功能失效机理等试验用的制备样件。我们再来看一下TCV所涉及的检测内容(热载流体退化、电迁移、电介质击穿、侧栅/背栅,栅下沉等)这些就属于集成电路产品单项性能试验范畴;而封装、引脚、陶瓷封装中的氢含量就属于集成电路产品的结构分析试验范畴。再参考MIL-PRF-38535的全文内容,文章中用“ Vehicle” 这个词而不是“sample”这个词就是为了突出其单项测试的意义,以区分“载体”与“成品”的区别。
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