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桑迪普 K.戈埃尔 著

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• 纳米CMOS
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• 延迟缺陷
• 检测
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• 可靠性
• 测试
• VLSI
• 芯片设计
• 半导体

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111521846

商品编码：29779160740

包装：平装

出版时间：2016-01-01

基本信息

书名：纳米CMOS集成电路中的小延迟缺陷检测

定价：59.90元

作者：桑迪普 K.戈埃尔

出版社：机械工业出版社

出版日期：2016-01-01

ISBN：9787111521846

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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设计方法和工艺技术的革新使得集成电路的复杂度持续增加。现代集成电路（IC）的高复杂度和纳米尺度特征极易使其在制造过程中产生缺陷，同时也会引发性能和质量问题。本书包含了测试领域的许多常见问题，比如制程偏移、供电噪声、串扰、电阻性开路/电桥以及面向制造的设计（DfM）相关的规则违例等。本书也旨在讲述小延迟缺陷（SDD）的测试方法，由于SDD能够引起电路中的关键路径和非关键路径的瞬间时序失效，对其的研究和筛选测试方案的提出具有重大的意义。
本书分为4个部分：部分主要介绍了时序敏感自动测试向量生成（ATPG）；第2部分介绍全速测试，并且提出了一种超速测试的测试方法用于检测SDD；第3部分介绍了一种SDD测试的替代方案，可以在ATPG和基于电路拓扑的解决方案之间进行折衷；第4部分介绍了SDD的测试标准，以量化的指标来评估SDD覆盖率。本书内容由简入深，对SDD测试全面展开，有助于提高读者的理解和掌握。
本书结合了高校科研人员、电子设计自动化（EDA）工具研发人员以及电路设计人员三方视角进行编写，是一部针对SDD测试进行多角度全方位分析的书籍。本书适合从事微电子领域芯片测试相关专业的工程师、微电子专业高校师生和研究人员以及对芯片测试领域感兴趣的读者阅读。对于当今工业设计、SDD测试领域的研究挑战以及当今SDD解决方案的发展方向，本书都可作为一站式参考书。

目录

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译者序
原书前言
关于主编
作者名单
章小延迟缺陷测试的基本原理
1.1简介
1.2半导体制造中的趋势和挑战
1.2.1制程复杂度
1.2.2工艺参数变化
1.2.3性与系统性缺陷
1.2.4功耗和时序优化的含义
1.2.5良率、质量和故障覆盖率的相互作用
1.3已有测试方法与更小几何尺寸的挑战
1.3.1连线固定型故障模型
1.3.2桥接型故障模型
1.3.3n检测
1.3.4过渡故障模型
1.3.5路径延迟故障模型
1.3.6测试实现和适应性测试
1.4小延迟对过渡测试的影响
参考文献
部分时序敏感ATPG
第2章K长路径
2.1简介
2.2组合电路的路径生成
2.2.1精炼的隐含的假路径消除
2.3组合电路的实验结果
2.4扩展成时序电路的基于扫描的全速测试
2.5扫描电路的路径生成
2.5.1扫描式触发器上的含义
2.5.2非扫描式存储上的约束
2.5.3终辩护
2.6扫描电路的实验结果
2.6.1健壮测试
2.6.2与过渡故障测试的对比
2.7小结
参考文献
第3章时序敏感ATPG
3.1简介
3.2延迟计算和质量度量
3.2.1延迟计算
3.2.2延迟测试质量度量
3.3确定性测试生成
3.3.1包含时序信息的测试生成
3.3.2包含时序信息的故障仿真
3.4测试质量和测试成本之间的折衷
3.4.1基于余量裕度的舍弃
3.4.2时序关键故障
3.5实验结果
参考文献
第2部分超速
第4章筛选小延迟缺陷的超速测试
4.1简介
4.2设计实现
4.3测试模式延迟分析
4.3.1在功能性速度下的动态电压降分析
4.3.2针对超速测试的动态电压降分析
4.4超速测试技术敏感的电压降
4.4.1模式分组
4.4.2性能降低ΔT′Gi的估算
4.5实验结果
4.6小结
4.7致谢
参考文献
第5章考虑版图、工艺偏差和串扰的电路路径分级
5.1简介
5.1.1SDD检测的商业方法
5.1.2SDD检测的学术建议
5.2分析因偏差引起的SDD
5.2.1工艺偏差对路径延迟的影响
5.2.2串扰对路径延迟的影响
5.3TDF模式评估与选择
5.3.1路径PDF分析
5.3.2模式选择
5.4实验结果与分析
5.4.1模式选择效率的分析
5.4.2模式集分析
5.4.3长路径阈值分析
5.4.4CPU运行时间分析
5.5小结
5.6致谢
参考文献
第3部分替 代 方 案
第6章基于输出偏差的SDD测试
6.1简介
6.2替代方案的必要性
6.3SDD的概率性延迟故障模型以及输出偏差
6.3.1输出偏差的方法
6.3.2对工业电路的实用层面以及适用性
6.3.3与基于SSTA的技术的比较
6.4仿真结果
6.4.1实验设置和标准
6.4.2仿真结果
6.4.3原始的方法与改进后的方法的比较
6.5小结
6.6致谢
参考文献
第7章小延迟缺陷的混合/补充测试模式生成方案
7.1简介
7.2时序敏感ATPG的故障集
7.3小延迟缺陷模式生成
7.3.1方法1：TDF 补充SDD
7.3.2方法2：补充SDD 补充TDF
7.4实验结果
7.5小结
参考文献
第8章针对小延迟缺陷的基于电路拓扑的测试模式生成
8.1简介
8.2基于电路拓扑的故障选择
8.3SDD模式生成
8.4实验结果与分析
8.4.1延迟测试覆盖率
8.4.2长路径的数量
8.4.3长路径的长度
8.4.4SDD的数量
8.4.5故障注入与检测
8.5小结
参考文献
第4部分SDD的测量标准
第9章小延迟缺陷覆盖率的测量标准
9.1覆盖率测量标准的作用
9.2现有指标的概述
9.2.1延迟测试覆盖率指标
9.2.2统计型延迟质量等级指标
9.3所提出的SDD测试覆盖率指标
9.3.1二次SDD测试覆盖率指标
9.3.2超速测试
9.4实验结果
9.4.1对系统频率的敏感性
9.4.2对缺陷分布的敏感性
9.4.3时序敏感与超速的对比
9.5小结
参考文献
0章总结
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《微电子器件中的可靠性评估与失效分析》 内容简介： 在当今飞速发展的电子技术浪潮中，半导体器件的集成度和复杂性达到了前所未有的高度。从我们日常使用的智能手机、高性能计算机，到支撑现代工业、通信和科学研究的各类精密系统，微电子器件无处不在，它们是现代科技文明的基石。然而，这些微小而强大的芯片并非完美无缺。材料缺陷、工艺偏差、环境应力以及设计失误等多种因素，都可能在器件内部埋下隐患，导致其性能衰减，甚至发生永久性失效。这种失效的后果是极其严重的，轻则导致产品功能异常、性能下降，重则可能引发系统性故障，造成巨大的经济损失和安全风险。因此，深入理解微电子器件的可靠性挑战，掌握科学的失效分析方法，对于确保电子产品的质量、提升技术竞争力、推动科技持续创新具有至关重要的意义。 本书《微电子器件中的可靠性评估与失效分析》正是聚焦于这一核心课题，旨在为读者提供一个全面、系统、深入的视角，来理解微电子器件在设计、制造、封装、测试以及应用过程中可能面临的可靠性风险，并教授读者如何运用先进的分析技术来诊断和解决这些问题。本书内容涵盖了从基础理论到实践应用的广阔领域，力求为工程师、研究人员以及相关专业的学生提供一份详实可靠的参考。 第一部分：微电子器件可靠性的理论基础 本部分将为读者打下坚实的理论基础，引导读者理解微电子器件可靠性的本质和关键影响因素。 可靠性基础概念与模型： 我们将从可靠性的基本定义出发，阐述失效率、平均无故障时间（MTTF）、平均故障间隔时间（MTBF）、寿命分布（如指数分布、威布尔分布、对数正态分布等）等核心概念。在此基础上，我们将介绍用于描述和预测器件寿命的经典可靠性模型，如阿累尼乌斯模型（Arrhenius Model）及其在加速寿命试验中的应用，帮助读者理解温度、电压、湿度等环境因素如何加速器件老化。 失效机理分析： 深入剖析微电子器件中常见的失效机理是失效分析的基石。本书将详细介绍半导体器件可能发生的各种物理和化学失效模式，包括但不限于： 热失效： 过热引起的材料性能变化、金属互连线烧毁、焊点老化等。 电失效： 静电放电（ESD）损伤、电迁移（Electromigration）、电热失控（Thermal Runaway）、栅氧化层击穿（Gate Oxide Breakdown）等。 化学失效： 腐蚀、污染物引起的电化学反应、金属氧化等。 机械失效： 封装体的应力开裂、焊点疲劳、引线断裂等。 工艺相关失效： 晶体管阈值电压漂移、漏电流增大、器件参数不稳定等，这些通常源于制造过程中材料掺杂不均匀、缺陷引入、薄膜质量不佳等问题。 可靠性设计原则： 介绍在器件和系统设计阶段如何融入可靠性考量。这包括冗余设计、容错设计、降额设计（Derating）、以及如何通过仿真和建模来预测器件的长期可靠性。例如，讨论如何在设计时考虑互连线的电流密度限制，以避免电迁移问题。 第二部分：微电子器件失效分析方法与技术 本部分将重点介绍用于检测、定位和分析微电子器件失效的各种技术手段，强调其实践操作和应用场景。 非破坏性检测技术（NDT）： 电学参数测试： 详细介绍如何通过精确的直流和交流参数测量来初步诊断器件是否存在性能异常，如漏电流、阈值电压、跨导等参数的偏离。 成像技术： 扫描电子显微镜（SEM）： 用于观察器件表面形貌、分析微观结构损伤，如裂纹、腐蚀形貌、电迁移导致的金属线断裂或凸起。 透射电子显微镜（TEM）： 用于分析材料的原子级结构，识别晶格缺陷、界面杂质等深层微观结构问题。 X射线显微成像（XRM）/CT： 可用于无损地观察器件内部结构，检测封装内的空洞、裂纹、异物等。 声学成像（C-SAM）： 主要用于检测封装内部的脱层、空洞、异物等，对于评估封装的完整性至关重要。 红外热成像（Infrared Thermography）： 用于检测器件工作时的局部过热点，常用于定位短路、漏电或功率器件的失效区域。 光致发光/阴极发光（PL/CL）： 用于分析半导体材料中的发光特性，识别材料缺陷、掺杂分布不均等。 破坏性检测技术（DT）： 样品制备与解剖： 介绍如何安全有效地对失效器件进行去封装（Decapsulation）以暴露内部芯片，以及如何进行精密的样品切割、抛光等制备步骤，为后续的微观分析打下基础。 扫描探针显微镜（SPM）： 包括原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM），可用于高分辨率表面形貌和电学特性（如表面电势）的测量。 聚焦离子束（FIB）： 强大的工具，可用于精确地对失效区域进行切割、抛光，以及进行原位成像和元素成分分析，是定位和深入分析失效的利器。 能量色散X射线光谱（EDS）/波长色散X射线光谱（WDS）： 常与SEM或TEM联用，用于对失效区域的元素成分进行定性或定量分析，识别腐蚀产物、污染物或材料成分异常。 拉曼光谱（Raman Spectroscopy）： 用于分析材料的分子振动模式，识别材料种类、晶体结构，以及检测应力、杂质等。 二次离子质谱（SIMS）： 用于分析材料的深度元素分布，尤其适合检测表面和亚表面区域的痕量元素污染或掺杂浓度。 电路级故障诊断： 介绍如何结合电路原理图和测试数据，运用逻辑分析仪、示波器等工具，分析电路的功能异常，并与物理失效联系起来。 加速寿命试验（ALT）： 详细阐述不同类型的加速试验（如高温高湿、高低温循环、电压加速、功率循环等）的设计、执行和数据分析方法，以及如何通过可靠性增长（Reliability Growth）来评估和改进产品的可靠性。 第三部分：具体应用领域与案例分析 为了让读者更直观地理解失效分析的应用，本部分将结合具体的微电子器件类型和实际的失效案例进行深入剖析。 CMOS集成电路失效分析： 重点关注CMOS技术中常见的失效问题，如栅氧化层击穿、漏电、短路、阈值电压漂移、亚阈值摆幅下降等。将详细介绍分析这些失效的常用方法，例如利用高分辨率SEM观察栅氧化层中的缺陷，利用FIB切片分析沟道区域的物理损伤，以及如何结合电路级诊断来定位失效门电路。 功率器件失效分析： 针对功率MOSFET、IGBT等功率器件，讨论其特有的失效模式，如雪崩击穿、二极管反向恢复失效、过载烧毁等。将介绍如何利用热成像、电压/电流波形分析以及半导体参数分析仪来诊断这些问题。 存储器器件失效分析： 探讨DRAM、NAND Flash等存储器器件的可靠性挑战，包括位单元失效、读写错误、数据保持性问题等，并介绍相应的测试和分析方法。 封装失效分析： 关注封装材料、工艺和结构对器件可靠性的影响，如焊点开裂、线键合失效、封装材料老化、异物引入等，并介绍如何通过声学成像、SEM、X射线等技术进行诊断。 实际案例研究： 通过列举多个真实世界的失效案例，系统地展示如何运用本书介绍的理论知识和分析技术，从初步现象到最终定位失效根源，并提出改进建议。这些案例将覆盖不同工艺节点、不同应用场景的器件，力求全面展现失效分析的挑战性和重要性。 本书特色： 系统性与全面性： 覆盖了微电子器件可靠性与失效分析的各个关键环节，从理论基础到实践技术，从通用原理到具体应用。 理论与实践相结合： 既有深入的理论阐述，也提供了丰富的实例和方法论指导，帮助读者快速掌握实际操作技能。 前沿技术介绍： 包含了当前微电子失效分析领域的前沿技术和发展趋势，如先进成像技术、高分辨率分析手段等。 图文并茂： 辅以大量的原理图、电路图、失效形貌照片、分析结果图等，帮助读者直观理解抽象概念和复杂现象。 工程师导向： 内容设置紧密结合实际工程需求，旨在帮助读者解决实际工作中遇到的可靠性问题。 目标读者： 本书适合于从事微电子器件设计、制造、测试、封装、可靠性工程、失效分析等领域的工程师、技术人员，以及对微电子器件可靠性感兴趣的研究生和高年级本科生。通过阅读本书，读者将能够更深刻地理解微电子器件的可靠性挑战，熟练掌握各种失效分析技术，从而有效地提升产品质量，缩短产品开发周期，降低失效带来的风险，并在激烈的市场竞争中保持技术领先。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书的导言部分，我立刻被作者严谨的学术态度和清晰的逻辑架构所折服。他似乎没有满足于陈旧的、基于宏观参数的缺陷分析模型，而是深入到了纳米尺度的物理现象中去探究根源。这种对基础科学的尊重，是任何一本优秀技术专著的基石。我特别留意到他对“随机性”和“可重复性”在缺陷检测中的权衡，这是一个在实际生产线上面临的巨大挑战。如何从海量数据中筛选出真正具有“杀伤力”的缺陷，而不是被噪声干扰，这本书应该提供了非常精妙的算法或框架。我设想，它可能涵盖了如何利用机器学习或深度学习技术来识别那些在传统扫描电镜下都难以察觉的亚阈值缺陷。如果书中能给出一些案例研究，展示在实际的10纳米甚至更先进工艺节点中，这些检测方法如何节省了宝贵的良率，那就太有价值了。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我对“纳米CMOS”这个词汇的理解，往往停留在摩尔定律的极限和量子隧穿效应这些理论层面。这本书的出现，则将这些抽象的概念具象化到了“延迟缺陷”这一实际的工程问题上。我关注的是，作者如何平衡检测的“深度”与“速度”。毕竟，任何检测方法如果耗时过长，都会成为量产的瓶颈。这本书是否探讨了高通量、非破坏性的检测技术？比如，是否采用了某种创新的电学足迹分析（Electrical Footprinting）技术，能够以极快的速度扫描整个芯片的每一个逻辑单元？如果书中对不同温度、电压漂移下的缺陷敏感度进行了量化分析，并提供了相应的补偿模型，那么这本书的实用价值将远超一般教科书的范畴，更像是一部应对未来制程挑战的“武功秘籍”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实引人注目，那种深邃的蓝色调配上未来感的电路图纹理，立刻让人联想到精密与前沿科技的结合。光是看到书名，就能感受到一股扑面而来的技术硬核气息，仿佛已经能闻到实验室里那种特有的电子元件的微弱气味。我原本对接的领域是更偏向于传统半导体物理的，但这本书的引入，让我对集成电路制造的“最后一公里”——也就是那些难以捉摸的微小缺陷——产生了浓厚的兴趣。它似乎不仅仅是讲解理论，更像是一本深入一线工程师工作台的实操指南。特别是“延迟”这个关键词，在高速运行的现代芯片中，任何微小的时序偏差都可能导致整个系统的崩溃，这本书如果能把如何“检测”这些隐藏的、几乎是随机出现的微小瑕疵的艺术和科学讲透，那简直就是工程界的福音。我对书中对于新一代材料和制程工艺的交叉应用非常期待，希望它能提供一些超越现有标准测试流程的全新视角和方法论。

评分☆☆☆☆☆

从一个非直接从事集成电路测试的领域专家的角度来看，这本书的理论深度令人敬畏。我关注的重点在于其方法论的普适性。如果书中提出的缺陷检测框架不仅仅局限于CMOS的特定结构，而是能够被推广到如FinFET、GAAFET等新型晶体管结构上的延迟敏感性分析，那么它的生命力会非常持久。特别是在探讨“小延迟”这一概念时，作者似乎必须对噪声容限、时序裕量和工艺角（Process Corners）进行极其精细的建模。我期待书中能有关于如何构建一个可信赖的、能够预测“系统级延迟”的缺陷模型。这本书，如果能成功构建起从纳米级物理扰动到宏观系统性能下降的完整链条，那它将不仅是一本技术手册，更是一份对下一代高性能计算系统可靠性的重要宣言。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版也透露出一种对细节的极致追求，这在技术书籍中其实并不多见。纸张的质感很好，图表的清晰度极高，这一点对于理解复杂的电路图和波形分析至关重要。我个人最希望从这本书中获得的是对“早干预”策略的深刻理解。在CMOS制造的早期阶段就发现并纠正缺陷，远比在封装测试环节出问题要经济得多。因此，这本书中的检测方法论，如果能融入到设计验证（DV）和制造测试（DFT）的早期流程中，其价值将是指数级的增长。我猜测书中会详细讨论如何将物理缺陷模型与电路功能测试向量进行关联映射，从而实现更具针对性的、高覆盖率的缺陷注入和检测。这需要作者具备跨越器件物理、电路设计和测试工程的广博知识，令人期待。