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2023 年 IEEE 国际可靠性物理研讨会 (IRPS)
TuT1（教程）- 可靠性物理与工程简介，Joe McPherson，McPherson Reliability Consulting LLC 所有材料和设备都会随着时间的推移而退化。因此，可靠性物理具有重要的理论和实践意义。可靠性调查通常从测量材料/设备在应力下的退化率开始，然后对失效时间与施加应力的关系进行建模。这里使用的术语“应力”非常笼统：应力指任何外部因素（电气、机械、化学、热、电化学等）能够产生材料/设备退化的因素。当退化量达到某个临界阈值水平时，就会发生失效时间。由于设备通常需要不同程度的退化才能引发故障，因此故障时间本质上是统计性的，并讨论了两种常见的故障分布：威布尔和对数正态分布。故障时间 (TF) 建模通常假设幂律或指数应力依赖性，具有 Arrhenius 或 Eyring 类活化能。从这些 TF 模型中，可以推导出加速因子，这些因子往往作为加速测试的基础。在本演讲中，将回顾几种半导体故障机制：电迁移 (EM)、应力迁移 (SM)、时间相关电介质击穿 (TDDB)、热载流子注入 (HCI)、负偏置温度不稳定性 (NBTI)、等离子体诱导损伤 (PID)、单粒子翻转 (SEU)、表面反转、热循环疲劳和腐蚀。本教程应为参会者提供坚实的基础，以便更好地理解 IRPS 上发表的论文。TuT2（教程） - 集成电路和半导体器件可靠性分析的机器学习，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 Elyse Rosenbaum 本教程适用于对机器学习（“ML”）如何在其学科中应用感兴趣的可靠性物理专家。它将使用机器学习的广泛定义，将 ML 等同于数据驱动建模，并将其与基于物理知识（即机械模型）的模型和预测进行对比。神经网络是一种流行的数据驱动建模模型结构，因为它具有灵活性；它通常被称为通用近似器。本教程将介绍神经网络训练的基础知识。本文将介绍将 ML 应用于可靠性分析各个方面的研究成果。TuT3（教程）- BEOL 和 MOL 可靠性，Shinji Yokogawa，电气通信大学 BEOL 可靠性在半导体技术中发挥着至关重要的作用，从开发到质量保证。典型的磨损机制包括电迁移 (EM)、应力迁移/应力诱导空洞 (SM/SIV)、热机械稳定性、低介电击穿 (TDDB) 和芯片/封装相互作用 (CPI)。最近，围绕栅极/接触或 MOL 可靠性的可靠性问题已被添加到列表中。由金属和电介质界面中的缺陷及其产生引起的互连、通孔和接触可靠性挑战被认为是重要问题，即使代数、结构和材料发生变化。了解它们以及如何抑制它们是实现高可靠性的关键。了解每个集成电路的寿命分布行为对于确定由许多部分组成的集成电路的可靠性也至关重要。本教程将介绍物理和统计
2023 IEEE 国际可靠性物理研讨会 (IRPS)
TuT1（教程）- 可靠性物理与工程简介，Joe McPherson，McPherson Reliability Consulting LLC 所有材料和设备都会随着时间的推移而退化。因此，可靠性物理具有重要的理论和实践意义。可靠性调查通常从测量材料/设备在应力下的退化率开始，然后对失效时间与施加应力的关系进行建模。这里使用的术语“应力”非常笼统：应力指任何外部因素（电气、机械、化学、热、电化学等）能够产生材料/设备退化的因素。当退化量达到某个临界阈值水平时，就会发生失效时间。由于设备通常需要不同程度的退化才能引发故障，因此故障时间本质上是统计性的，并讨论了两种常见的故障分布：威布尔和对数正态分布。故障时间 (TF) 建模通常假设幂律或指数应力依赖性，具有 Arrhenius 或 Eyring 类活化能。从这些 TF 模型中，可以推导出加速因子，这些因子往往作为加速测试的基础。在本演讲中，将回顾几种半导体故障机制：电迁移 (EM)、应力迁移 (SM)、时间相关电介质击穿 (TDDB)、热载流子注入 (HCI)、负偏置温度不稳定性 (NBTI)、等离子体诱导损伤 (PID)、单粒子翻转 (SEU)、表面反转、热循环疲劳和腐蚀。本教程应为参会者提供坚实的基础，以便更好地理解 IRPS 上发表的论文。TuT2（教程） - 集成电路和半导体器件可靠性分析的机器学习，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 Elyse Rosenbaum 本教程适用于对机器学习（“ML”）如何在其学科中应用感兴趣的可靠性物理专家。它将使用机器学习的广泛定义，将 ML 等同于数据驱动建模，并将其与基于物理知识（即机械模型）的模型和预测进行对比。神经网络是一种流行的数据驱动建模模型结构，因为它具有灵活性；它通常被称为通用近似器。本教程将介绍神经网络训练的基础知识。本文将介绍将 ML 应用于可靠性分析各个方面的研究成果。TuT3（教程）- BEOL 和 MOL 可靠性，Shinji Yokogawa，电气通信大学 BEOL 可靠性在半导体技术中发挥着至关重要的作用，从开发到质量保证。典型的磨损机制包括电迁移 (EM)、应力迁移/应力诱导空洞 (SM/SIV)、热机械稳定性、低介电击穿 (TDDB) 和芯片/封装相互作用 (CPI)。最近，围绕栅极/接触或 MOL 可靠性的可靠性问题已被添加到列表中。由金属和电介质界面中的缺陷及其产生引起的互连、通孔和接触可靠性挑战被认为是重要问题，即使代数、结构和材料发生变化。了解它们以及如何抑制它们是实现高可靠性的关键。了解每个集成电路的寿命分布行为对于确定由许多部分组成的集成电路的可靠性也至关重要。本教程将介绍物理和统计
Microsoft Word-通过模拟和Analysis_comsol-Conference-2023-Munich.docx
摘要铜互连的缩放是一种有效的方法，可以增加信号I/O线的数量和电子系统的高级细分包装中的性能。然而，随着尺寸降低，铜互连导致电气诱导的故障的风险变得越来越关键，从而降低了现代微电子的可靠性和性能。高电流密度在电迁移中起着至关重要的作用，导致互连中金属原子的迁移，导致空隙或小丘的形成以及最终的设备故障。必须通过设计优化方法有效解决，以减少失败的风险并提高整体性能，焦耳的加热和当前的拥挤，这有两个重要的因素。最初是用于介电层的热氧化物（SIO 2）。但是，热氧化物的两个主要挑战是电性能和成本。在这种情况下，基于聚合物的电介质具有降低跟踪电容并提高功率效率的能力，同时与低成本面板可估算方法兼容的能力。，但聚合物的导热率较低。通过使用较薄的聚合物，可以降低由电流流量产生的铜相互连接中较低的导热率和随之而来的焦耳加热问题。因此，它降低了局部温度升高的风险，该温度升高可能会导致热移动和电气移民造成损害。另一方面，当局部电流密度增加时，当前人拥挤发生。它会提高局部温度，因为焦耳加热与电流的平方成正比。导体的阻力，形式，厚度和宽度对当前拥挤现象有影响。这可以通过优化互连几何形状（例如具有直线和使用圆角）来管理。因此，可能会降低潜在的当前拥挤热点和随后的电气迁移风险。comsol AC/DC模块用于研究焦耳加热和当前拥挤对互连可靠性的影响。模拟包括加成实验值的边界条件，以确保准确表示电迁移。因此可以将结果与实验数据进行比较，以确定准确性和有效性。通过在comsol中构建的3D模型构建的电流和温度分布的模拟，首先迭代得出了改进的测试结构几何形状。与标准测试布局（标准ASTM-F1259M，美国国家标准技术研究所（NIST）测试结构）相对于优化结构，当前人拥挤的影响减少了约42％。以下是聚合物厚度效应的构象。因此，使用COMSOL模拟提供了一种强大的手段来研究不同设计因素对互连可靠性的影响。通过了解从这些模拟中获得的全面知识，可以优化设计并降低互连故障的风险。关键字：电气移民，焦耳加热，当前拥挤，热度，良好的音高互连可靠性，微电体系统，组装和互连技术。
X 波段 epi-BAW 谐振器 - Debdeep Jena
滤波器是通信系统中的核心无源元件，随着 5G 技术、物联网、传感器和自动化的兴起，通信系统中的滤波器市场预计还会不断扩大。1 – 3 虽然表面声波 (SAW) 滤波器由于制造简单而在 2 GHz 以下占据主导地位，但它们在更高频率下的性能受到低表面声波速度、光刻复杂性和低品质因数的限制。1、4 与体声波 (BAW) 滤波器相比，窄叉指换能器 (IDT) 手指中的电迁移损伤和 SAW 的不均匀电流分布导致其功率处理能力较差。1 由于厚度延伸波的速度高于表面声波，因此 BAW 滤波器在 1.5 至 6 GHz 的较低 5G 频段占主导地位。高品质因数和高功率处理能力使 BAW 滤波器可以扩展到更高的频率，同时保持高 RF 性能。 1 由于这种电声滤波（因为声波的波长比相同频率的电磁波小得多）而带来的小型化优势，在毫米波范围（30 – 300 GHz）的较高频率下，其收益会逐渐减少。对于如此高的频率，使用基片集成波导 (SIW) 和腔体滤波器在光域中进行直接滤波占主导地位。5 – 9
Brajendra Mishra
现在的职位：肯尼思·梅里亚姆（Kenneth G.和材料工程，科罗拉多州矿业学校。其他职位：首席科学顾问：全球矿物回收 - 一家专注于工业矿物废物价值恢复的初创企业。教育资格：博士学位，论文：明尼苏达大学，明尼阿波利斯大学，1986年8月，Inconel X-750对压力腐蚀破裂的敏感性。M.S. [Matl.sc. ]，论文：明尼苏达大学，明尼阿波利斯大学，1983年3月，坦塔勒姆的h 2和d 2的电迁移：同位素效应。 B.Tech。 [Met。 erng]，论文：1981年5月，哈拉格布尔印度理工学院，一些关于电钢的磁性老化的研究。 专业经验（学术）：2001年9月至2015年8月：冶金与材料工程系Kroll提取冶金学院教授。 2000年：冶金与材料工程系Kroll提取冶金研究所副教授，1990年9月至8月。 1993年：Metall系的Kroll提取冶金研究所研究助理教授。 和材料工程专业经验（行业）：1986年9月至8月。 1990年：印度塔塔钢铁公司研发部产品开发工程师。M.S.[Matl.sc.]，论文：明尼苏达大学，明尼阿波利斯大学，1983年3月，坦塔勒姆的h 2和d 2的电迁移：同位素效应。B.Tech。 [Met。 erng]，论文：1981年5月，哈拉格布尔印度理工学院，一些关于电钢的磁性老化的研究。 专业经验（学术）：2001年9月至2015年8月：冶金与材料工程系Kroll提取冶金学院教授。 2000年：冶金与材料工程系Kroll提取冶金研究所副教授，1990年9月至8月。 1993年：Metall系的Kroll提取冶金研究所研究助理教授。 和材料工程专业经验（行业）：1986年9月至8月。 1990年：印度塔塔钢铁公司研发部产品开发工程师。B.Tech。[Met。erng]，论文：1981年5月，哈拉格布尔印度理工学院，一些关于电钢的磁性老化的研究。专业经验（学术）：2001年9月至2015年8月：冶金与材料工程系Kroll提取冶金学院教授。 2000年：冶金与材料工程系Kroll提取冶金研究所副教授，1990年9月至8月。 1993年：Metall系的Kroll提取冶金研究所研究助理教授。和材料工程专业经验（行业）：1986年9月至8月。 1990年：印度塔塔钢铁公司研发部产品开发工程师。1995年5月至9月。 1995年：德克萨斯州奥斯汀摩托罗拉市MOS-8部教师实习生，1996年5月至8月。 1996年：德克萨斯州奥斯汀摩托罗拉市MOS-8部教师实习生。
用于微电子应用的 ALD Al2O3 涂层铜局部腐蚀机理的电化学表征
目前，微电子设备中用于芯片到封装连接的最常用材料是铝（Al）焊盘和铜（Cu）线。然而，用于连接这些组件的引线键合工艺可能导致金属间化合物的形成，从而导致电化学腐蚀 [1 – 3] ，以及产生柯肯达尔空洞 [4,5] 。这些问题严重限制了微电子封装的长期可靠性。为了解决半导体行业对材料的成本效益、性能和可靠性的担忧。自 21 世纪初以来，人们定期评估铜焊盘上的铜线键合（Cu-to-Cu 键合）方法，但从未发展成为工业应用。2018 年的综述 [6] 总结了挑战和局限性。铜是一种很有前途的微电子材料，因为它的电导率与铝的电导率之比为 5:3，而且熔点高，大大降低了电迁移 [7]。电沉积铜的固有特性，例如与发芽/生长类型相关的杂质和微观结构演变，会使其对腐蚀敏感。虽然铜的氧化膜提供了一定的防腐蚀保护，但它不像不锈钢等其他金属上形成的钝化膜那样稳定、致密或均匀 [8,9]。铜焊盘的集成对半导体行业提出了重大挑战。实现铜的受控表面状态对于实现与封装的可靠连接至关重要。
了解 IEC 623801 的功能安全 FIT 基本故障率估计
• 早期故障（也称为早期失效）：其特点是初始故障率相对较高，但随后会迅速降低。可以通过执行加速寿命测试（如老化或 I DDQ 测试）进一步减少早期故障，这些测试是德州仪器 (TI) 工厂出厂测试的一部分。早期故障主要是由未有效筛选的制造缺陷引起的。缺陷总是会发生。开发和持续改进有效的筛选是一项要求。• 正常寿命故障：这是浴缸曲线的区域，其中故障率相对较低且恒定。BFR 估算解决了半导体元件生命周期的这一部分。此故障率以故障时间 (FIT) 为单位进行量化 - 这是产品运行十亿 (10 9 ) 个累计小时内可能发生的故障数量的估计值。• 固有磨损：这是产品生命周期中固有磨损占主导地位且故障呈指数增加的时期。产品使用寿命的结束被指定为磨损开始的时间。这些类型的故障是由众所周知的因素引起的，例如通道热载流子效应、电迁移、时间相关的电介质击穿和负偏置温度不稳定性。ISO 26262 和 IEC 61508 等功能安全标准不支持基于非常量故障率计算随机硬件指标。因此，在产品的整个生命周期内，使用一个恒定的（但悲观的）近似值来估计 BFR。系统集成商必须应对正常使用寿命期间的随机硬件故障以及磨损的开始。在这种情况下，系统集成商必须依靠安全机制，它提供了一定的
选择性焊接组件的设计改进
摘要 选择性焊接以及针入膏回流和压配是通孔元件的主要组装方法。回流工艺受元件尺寸和耐热性的限制。当出现无法修复的缺陷时，压配的成本会变得昂贵。电子制造服务意识到表面贴装技术 (SMT) 无法完全取代通孔技术。选择性焊接工艺提供了在不同层面进行焊接连接的机会，连接外壳、接线盒、铝部件、堆叠 PCB 等。新电路板组件的设计人员可以从现代选择性焊接机提供的专用焊接喷嘴和机器人功能中受益。选择性焊接可以在一定角度（倾斜）下实现，如波峰焊或水平实现，使用不同形状的喷嘴和喷嘴材料。它们都具有不同的特性，可以应用于成功焊接最复杂的组件。为了优化生产和焊接效率，装配工程师应参与装配工艺的设计。在实施新的设计和装配工艺时，选择性焊接工艺和喷嘴技术的知识可能会带来竞争优势。已经开展了研究来确定与相邻元件（尤其是表面贴装器件 (SMD)）的最小距离。提出的问题包括“什么样的引脚与孔的比率可以提供最佳的孔填充效果？”和“助焊剂的选择对焊接结果有多大影响，应该使用哪种喷嘴？”历史数据与几个实验设计相结合，寻找焊接缺陷，例如桥接，同时也寻求工艺优化以实现最佳孔填充效果。孔填充对于高热质量电路板至关重要。厚铜层从预热和液态焊料中吸收大量热量。特殊的设计修改将导致焊料桶中产生更多热量，从而将焊料引导到电路板的焊接目标侧。将正确的喷嘴选择与正确的焊料加速和减速相结合，将确保即使是最难创建的接头也能满足 IPC-A-610 的要求。简介印刷电路板 (PCB) 组装的焊接要求变得越来越关键。汽车行业往往禁止修复焊接缺陷，这使得了解焊接工艺和材料特性变得更加重要，以避免过多的浪费和成本。许多设计都源于波峰焊接，通过进行一些简单的改进来增强与选择性焊接应用的兼容性，可以大大减少缺陷。如果应用了针对稳健选择性焊接工艺的特定规则，则可以在组件的设计阶段消除许多缺陷。这包括材料选择以及与电路板设计相关的属性。本文详细介绍了通过应用设计规则来预防缺陷的方法，这些规则是为使用不同焊接方法的选择性焊接工艺而制定的。这些规则包括处理电路板的建议（放置精度、翘曲等）、焊盘尺寸、与周围 SMD 或其他元件的距离、通过设计特殊通孔或改进焊盘结构来改善电路板的热传递等等。这些规则对于含铅和无铅应用是相同的，尽管无铅应用更难实现，因为合金的熔点更高、铜浸出增加、焊料污染以及实现充分孔填充的难度更大。要解决的问题选择性焊接需要对该工艺有一定的了解。关键主题是电迁移（由于助焊剂过多）、桥接、通孔填充（热问题）和焊锡球。1. 电迁移和选择性焊接
2017 年 IRPS 会议论文集 - Squarespace
• 基本 FEOL 可靠性：栅极电介质中缺陷的产生会导致电介质击穿和器件性能下降 - Kenji Okada，TowerJazz 松下半导体 • 复合半导体可靠性 101 - Bill Roesch，Qorvo • 互连可靠性基础知识 - Zsolt Tokei，IMEC • VLSI 设计方法和可靠性设计验证 - Michael Zaslavsky 和 Tim Turner，可靠性模拟组 • 电迁移 101 - Cathy Christiansen，Global Foundries • NAND 闪存可靠性 - Hanmant Belgal 和 Ivan Kalastirsky，英特尔 • 芯片封装相互作用 (CPI) 及其对可靠性的影响 - CS Premachandran，Global Foundries • 故障分析的挑战 - 汽车和超越摩尔定律 - Ulrike Ganesh，博世 • 1. HKMG p-MOSFET 中 NBTI 的最新进展以及 2.现代 FINFET、ETSOI 和全栅极环绕 III-V 晶体管中自热的新挑战：从晶体管到平板电脑的视角 - Souvik Mahapatra（印度理工学院，孟买）和 Muhammad Ashraf Alam（普渡大学）• 汽车转型 - 从应用到半导体技术的成本、上市时间、可靠性和安全性驱动的设计优化 - Andreas Aal，大众汽车集团 • AlGaN/GaN 功率器件可靠性 - Peter Moens，安森美半导体 • 可靠性工程的系统遥测 - Rob Kwasnick，英特尔 • 高级 MOL 和 BEOL 可靠性 - Shou Chung Lee，台积电 • 汽车功能安全简介 - 历史、趋势和与可靠性的关系 - Karl Greb，NVIDIA • 相变存储器：从基础技术到系统方面和新应用 - Haris Pozidis，IBM • 系统可靠性 - Geny Gao，博士 • 先进封装和 3D 可靠性 - C. Raman Kothandaraman，IBM • 兼顾基于知识和基于标准的资格 - Bob Knoell，汽车电子委员会和 NXP • 自旋转矩 MRAM - Daniel C. Worledge，IBM • 现场容错、自我修复、检测和恢复技术的考虑因素 - Arijit Biswas，英特尔
2017 IRPS 会议论文集 - Squarespace
• 基本 FEOL 可靠性：栅极电介质中缺陷的产生会导致电介质击穿和器件性能下降 - Kenji Okada，TowerJazz 松下半导体 • 复合半导体可靠性 101 - Bill Roesch，Qorvo • 互连可靠性基础知识 - Zsolt Tokei，IMEC • VLSI 设计方法和可靠性设计验证 - Michael Zaslavsky 和 Tim Turner，可靠性模拟组 • 电迁移 101 - Cathy Christiansen，Global Foundries • NAND 闪存可靠性 - Hanmant Belgal 和 Ivan Kalastirsky，英特尔 • 芯片封装相互作用 (CPI) 及其对可靠性的影响 - CS Premachandran，Global Foundries • 故障分析的挑战 - 汽车和超越摩尔定律 - Ulrike Ganesh，博世 • 1.NBTI 在半导体领域的最新进展HKMG p-MOSFET 和 2。现代 FINFET、ETSOI 和全栅极 III-V 晶体管中自热的新兴挑战：从晶体管到平板电脑的视角 - Souvik Mahapatra（孟买印度理工学院）和 Muhammad Ashraf Alam（普渡大学） • 汽车转型 - 从应用到半导体技术的成本、上市时间、可靠性和安全性驱动的设计优化 - Andreas Aal，大众汽车公司 • AlGaN /GaN 功率器件可靠性 - Peter Moens，安森美半导体 • 可靠性工程的系统遥测 - Rob Kwasnick，英特尔 • 高级 MOL 和 BEOL 可靠性 - Shou Chung Lee，台积电 • 汽车功能安全简介 - 历史、趋势和与可靠性的关系 - Karl Greb，NVIDIA • 相变存储器：从基础技术到系统方面和新应用 - Haris Pozidis，IBM • 系统可靠性 - Geny Gao，博士 • 先进封装和 3D 可靠性 - C. Raman Kothandaraman，IBM • 兼顾基于知识和基于标准的资格 - Bob Knoell，汽车电子委员会和 NXP • 自旋转矩 MRAM - Daniel C. Worledge，IBM • 现场容错、自我修复、检测和恢复技术的考虑因素 - Arijit Biswas，英特尔