 一、 DVS介绍MCU在CP或FT上进行DVS测试可以提前预知工艺缺陷问题。简单理解，就是在CP或者FT测试中提高电压stress，并持续较短测试时间来筛出早夭样品。传统的静态电压应力（如固定高电压Burn-In）主要加速经时介质击穿 (TDDB) 等与恒定电场相关的失效机制。而DVST通过引入电压变化，额外引入了两个维度的加速因子： 动态电场应力：电压的快速变化（dV/dt）意味着电场的快速变化，这会对栅氧层产生瞬态的高电场应力，加速其退化。 动态电流应力：根据 I = C * dV/dt，电压的快速变化会在电路的电容节点上产生巨大的瞬态电流。这极大地加速了与电流相关的失效机制，如电迁移 (EM) 和热载流子注入 (HCI)。 因此，DVST能更全面、更真实地模拟芯片在实际应用中所承受的应力（如电源模块的开关噪声、负载突降、工作模式切换导致的电压波动），从而暴露更多样化的潜在缺陷。 一次完整的DVST方案需要定义以下几个关键参数：
方波循环：在 V_{min}和 V_{max}之间以固定频率切换。这是筛查中最常用的模式。 电压爬升：电压从V_{min}线性或步进增加至V_{max}，用于寻找击穿点。 与模式同步的应力：电压与芯片内部活动同步。例如，当芯片执行高性能计算任务时施加V_{max}，在空闲时切换到 V_{min}。 加速的失效机制：DVST 主要针对以下失效机制进行加速：1. 热载流子注入 (HCI)：电压在 V_{max}切换时，MOSFET沟道中的载流子获得极高能量，注入栅氧层，导致阈值电压 V_{th} 漂移、跨导 g_m退化。 2. 经时介质击穿 (TDDB)：高电压V_{max}在栅氧层或层间介质层中产生强电场，破坏其绝缘性能，最终导致短路。 3. 负偏压温度不稳定性 (NBTI/PBTI)：对于PMOS器件，在负偏压和高温下，其 V_{th} 会发生漂移。动态电压会加剧这一效应。 4. 电迁移 (EM)：巨大的瞬态电流（由 dV/dt 产生）会使金属互连线中的原子迁移，形成空洞（Void）或小丘（Hillock），导致电阻增大或短路。 二、 具体实例说明让我们通过两个具体场景来理解DVST的应用。实例一：汽车MCU的早夭筛查· 背景：一家芯片公司生产一款用于汽车发动机控制的微控制器（MCU）。该产品要求极高的可靠性（0 DPPM），必须进行严格的早夭筛查。· 挑战：传统125°C高温静态老化（Burn-In）时间需要24小时，成本高昂，成为生产瓶颈。 · DVST方案： 1. 目标：在更短的时间内达到同等或更好的筛片效果。 2. 设置： 温度：125°C 电压波形：方波，在 V_{min} = 0.9V 和 V_{max} = 1.6V 之间切换。 频率：1 kHz 占空比：50% 测试矢量：运行一套覆盖大部分逻辑和SRAM的功能自测试（BIST）程序。 持续时间：4小时 3. 过程：将批量MCU放入高温 chamber，连接到能提供动态电压的测试系统。系统执行4小时的DVST。 4. 结果： 15颗芯片在SRAM区域有异常发光点（EMMI），确认为栅氧缺陷（DVST的高电压加速了其击穿）。 5颗芯片在电源网络上有异常的OBIRCH响应，确认为金属互连线存在空洞（DVST的大瞬态电流加速了电迁移，导致空洞处彻底断开）。 筛选出缺陷芯片：一批10,000颗芯片中，有20颗在测试期间或后续的功能测试中失效。 失效分析：使用 EMMI 和 OBIRCH 对失效芯片进行分析，发现： 效益：筛查时间从24小时缩短到4小时，效率提升6倍，同时成功拦截了含有致命缺陷的芯片，避免了现场失效。 实例二：先进工艺CPU的HCI寿命评估· 背景：一款采用5nm工艺的高端手机CPU，需要评估其在高性能模式下的HCI寿命，以确保在保修期内性能不会显著衰减。· 挑战：HCI退化在正常使用条件下需要数年时间，无法直接测量。 · DVST方案： o 数据外推：根据高应力下的退化数据，利用已知的物理模型，外推计算在手机正常使用电压（如0.8V）和温度（55°C）下，性能衰减10%所需的时间。 o 结论：计算出的寿命远大于手机的标准保修期（如3年），证明设计满足可靠性要求。同时，发现动态应力下的退化速率比相同 V_{max}的静态应力更快，证实了动态应力的加速效果更强。 o 在不同应力条件下，测量频率偏移量随时间变化的曲线。 o 通过模型拟合，得到退化速率与电压/电场强度的关系（通常符合幂律模型 ~t^n）。 o 温度：125°C（固定） o 电压：多个不同的静态和动态电压条件（如1.0V静态，1.2V静态，以及1.0V/1.4V方波动态应力）。 o 监测参数：定期停止应力，在标准条件下测量关键环形振荡器（Ring Oscillator）的频率偏移（Δf），该频率偏移直接反映晶体管的 V_{th}漂移程度。 1. 目标：通过高应力下的退化数据，外推正常使用条件下的寿命。 2. 设置： 3. 过程： 4. 结果： 总结动态电压应力测试（DVST）是一种高度精细化和高效化的可靠性工具。它通过动态变化的电压，结合高温和动态测试矢量，协同加速了多种关键失效机制，从而能够：1. 在生产筛片中：以更短的时间、更低的成本，有效拦截早期失效产品。 2. 在可靠性研究中：快速评估产品的寿命和裕量，为设计和工艺改进提供数据支持。 它是现代半导体质量与可靠性保障体系中不可或缺的一环，尤其适用于对可靠性和功耗有极致追求的先进读 246 |
