loading1. 为什么说半导体可靠性物理是一门新兴的边缘学科？
答案：半导体可靠性物理是六十年代后期崛起的一门新兴的边缘学科，目前尚处于不断发展和完善阶段。半导体可靠性物理的产生与其他边缘性学科(例如，环境工程学，系统工程学，生物工程学)一样，是科学技术发展的必然。随着电子系统的发展，其复杂性和可靠性成了尖锐的矛盾，系统越复杂，所用元器件越多，失效的概率就越大，即可靠性越不易保证。半导体可靠性物理与半导体物理学、半导体工艺学、材料学、环境工程学、化学、冶金学、电子学、系统工程学均有关联。
2. 什么是产品的可靠性？什么是半导体器件的可靠性？
答案：产品的可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。半导体器件的可靠性：半导体器件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
3. 什么是失效分析？什么是失效模式？什么是失效机理？任举三种半导体器
件最常见的失效模式、失效机理。
失效分析(failure analysis)系指产品失效后，通过对产品及其结构、使用和技术文件的系统研究，从而鉴别失效模式、确定失效原因、机理和失效演变的过程。这一门技术就是失效分析。失效机理指器件失效的实质原因，即引起器件失效的物理或化学过程。失效模式即失效的形式。
半导体器件最常见的失效模式：最常见的有烧毁、管壳漏气、管腿腐蚀或断腿、芯片表面内涂树脂裂缝、芯片粘合不良、键合点不牢或腐蚀、芯片表面铝腐蚀、铝膜伤痕、光刻/氧化层缺陷、漏电流大、PN结击穿、阈值电压漂移等等。半导体器件最常见的失效机理：体内退化机理，氧化层缺陷，金属化系统退化、封装退化机理等。 4. 说明失效分析的重要性。
可靠性物理研究和失效分析的迅速发展并不单是为了学术研究的需要，更重要的是为了满足可靠性工程迅速发展的需要。60年代以后，随着可靠性研究的发展和高可靠性半导体器件及大规模集成电路的出现，可靠性研究遇到了一下问题：第一，在试验时间、试验样品和人力物力方面遇到了难以克服的困难(例如失效率10-7/小时意味着用10000个器件作1000小时试验之后
1
才能得出这一结果)。第二，半导体器件和集成电路的品种及工艺更新速度很快，使得过去取得的可靠性数据常常变得不适用。第三，当代电子设备和系统日益复杂化、综合化，并对器件提出了高可靠的要求。为了解决以上问题，迫切需要一种既省时间，又省费用的可靠性研究方法。失效分析就是为了达到这一目的而迅速发展起来的。
5. 能用某种仪器测量产品的可靠性吗？什么是瞬时失效率？用什么单位描述
瞬时失效率？
答案：不能。要准确描述可靠性，就要用可靠性数学特征（函数）的描述。
瞬时失效率(失效率)是指产品在时刻t尚未失效的器件在单位时间内失效的概率，它用来描述在各个时刻仍在正常工作的器件失效的可能性。记作
? (t)。
6. 说明威布尔分布的失效密度函数中的3个参数的意义：m称为分布的形状参
数；r为位置参数；t0为尺度参数。为什么说形状参数m是三个参数中最重要的一个？威布尔分布是基于什么原理导出的。
答案：形状参数m是三个参数中最重要的一个。其大小决定分布曲线的形状，表示一批产品的分散度。m对f(t)的影响最显著。
当m<1时，曲线随时间单调下降； 当m=1时，威布尔分布为指数分布；
当m >1时，曲线随时间增加出现峰值而后下降。 当m=3.5时，曲线已接近正态分布。 通常把m>4时的分布当作正态分布处理。
威布尔分布是基于最薄弱环节的原理导出的（教材15页，正数12行）。
2
7. 现有两种半导体器件。对第一种半导体器件按国家标准“电子元器件失效率
试验方法”进行试验，发现1000个器件工作1000个小时后，出现1支失效，问这种器件的失效率是几级水平（5分）？对第二种半导体器件同样按国家标准“电子元器件失效率试验方法”进行试验，发现1000个器件工作100个小时后，出现2支失效，问第二种器件的失效率是几级水平？
答案：第一种半导体器件失效率是六级水平，第二种半导体器件失效率是亚五级水平
8. 说明MTTF与MTBF的含义。半导体器件用MTTF还是用MTBF来描述。
答案：对不可维修的产品的平均寿命是指从开始投入工作，至产品失效的时间平均值。也称平均失效前时间，记以MTTF，它是英文（Mean Time To Failure）的缩写。对可维修产品而言，其平均寿命是指两次故障间的时间平均值，称平均故障间隔时间，习惯称平均无故障工作时间，用MTBF记之，它是英文（Mean Time Between Failures）的缩写。
半导体器件是不可维修的产品，用MTTF来描述。
9. 说明瞬时失效率与时间关系曲线（浴盆曲线）的意义。引起半导体器件早期
失效的因素很多，请简要介绍任意三种引起半导体器件早期失效的因素。
答案：m<1时，?随时间的递增而迅速下降。相当于浴盆曲线的早期失效期。
m=1时，?为常数形式，相当于产品的偶然失效期。电子元器件处于偶然失效阶段用指数分布描述。
m>1时，?随时间的递增而迅速上升。耗损失效的分布往往非常接近于正态分布
引起半导体器件早期失效的因素很多，如工艺操作不严格，筛选工艺不
3
合理，原材料选择不当等。
10. 要提高串联系统的可靠度，应采取什么措施？
系统中任何一个单元(部件)出故障都会导致整个系统出故障，或者说只有当系统中所有单元都正常工作时系统才能正常工作的系统，称为可靠性串联系统。串联系统的可靠度要低于组成该系统的每个单元的可靠度，且随串联数量增大而迅速降低。串联系统的平均寿命比单元的平均寿命要低。要提高串联系统的可靠度必须减少串联中的单元数或提高单元的可靠度。 11. 分别写出军用、工业用和民用器件的使用温度范围？
答案：军用温度范围（-55℃~125℃）， 工业用温度范围（-40℃~85℃）， 商业用温度范围（0℃~70℃）。
12. 通常静电防护区的相对湿度应控制多少以上？
答案：静电防护区的相对湿度应控制在40％以上
13. 为什么键合工艺不用纯铝丝？
答案：Al-Si组成简单的共晶系统，Al在Si中几乎不溶解，而Si在Al中却有一定的溶解度，在共晶点577℃时达到最大，为1.59％(原子比)，并随温度的降低近于线性下降。
防止铝-硅界面退化的措施之一是采用A1-Si合金(含Si 0.1~0.3%)代替纯Al。它有三个优点：a. 蒸发膜内Si已达饱和，防止了Si进一步镕解，可避免渗透坑的出现；b. 抗电迁移能力强；c. 硬度比纯Al高，可减少划伤。 14. 名词解释：1. EOS，2. fit , 3. FA，4. LDD，5. PDA，6. 电迁移，7. 热载流
子效应，8. ESDS，9. SMT，10. DIP。（10分）
答案：
1) EOS--电过应力；
2) Fit--非特，是由Failure Unit 中的F与it组成，是失效率的一种单位，1
非特-= 10-9/h；
3) FA--失效分析(failure analysis)； 4) LDD--对漏端轻掺杂； 5) PDA--破坏性物理分析
4
6) 电迁移--当器件工作时，金属互连线内有一定电流通过，金属离子会沿
导体产生质量的输运，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须(小丘)，这就是电迁移现象；
7) 所谓热载流子--是指其能量比费米能级大几个kT以上的载流子，这些载
流子与晶格不处于热平衡状态。这些载流子与晶格不处于热平衡状态，当其能量达到或超过Si—SiO2界面势垒(3.1eV)时(对电子注入为3.2eV，对空穴注入为4.5eV)便会注入到氧化层中，产生界面态、氧化层陷阱或被陷阱所俘获，使氧化层电荷增加或波动不稳，这就是热载流子效应。由于电子注入时所需能量比空穴低，所以一般不特别说明的热载流子多指热电子。它对不同器件造成不同的可靠性问题。 8) ESDS --静电放电敏感度； 9) SMT--表面安装技术； 10) DIP--双列直插式封装。
15.
静电放电ESD损伤及其防护ESD—Electostatic Discharge。ESD是一种
高电流，短时间的事件。IC工业界所面对的最普遍的可靠性问题之一就是ESD失效。高达35%的IC现场失效都是由ESD导致的， 估计导致的IC工业运行的年消耗达到几十亿美元。
解决方法：在芯片上普遍采用复杂的ESD保护结构来防止IC部件免于ESD应力导致的破坏。要消除静电造成的危害，工艺加工及使用中可以采取以下6点措施： 1）尽量减少物体之间的摩擦，减少静电的产生。2）湿度控制消除法。3）“接地”消除法。4）使用防静电材料。5）采用静电屏蔽。6）使用静电消除设备。
16.
水汽的危害及防止水汽影响的措施：管芯加工完成后的中测、划片、键
合、封装等直到器件完成的所有工序统称后工序，其中存在的可靠性问题有：①由湿汽引起金属材料的腐蚀；②由湿汽引起器件性能的退化。后两种失效在塑封器件中较为明显。塑封是在环氧树脂中，加入硬化剂、填充剂等，加热加压固化成管壳。其耐湿差，湿汽的危害不容忽视。
5