可靠性的定義是系統(tǒng)或元器件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定的功能的能力 (the ability of a system or component to perform its required functions under stated conditions for a specific period of time）。所謂規(guī)定的時間一般稱為壽命（lifetime），基本上集成電路產(chǎn)品的壽命需要達到10年。如果產(chǎn)品各個部分的壽命都可以達到一定的標準，那產(chǎn)品的可靠性也能達到一定的標準。

集成電路在不同條件下的失效過程大致相同，可以劃分為三個階段：初期失效區(qū)、隨機失效區(qū)和磨損失效區(qū)，失效率和使用時間之間的關系呈現(xiàn)“浴缸曲線”，如圖15.1所示。使用初期失效率高，主要是由于集成電路的缺陷造成的，如硅片表面的劃痕、玷污、劃片應力、光刻缺陷等，這一階段對集成電路平均壽命影響很大。為了避免“浴缸曲線”初期的不合格品出廠，往往加高電場和高溫進行篩選，去掉不合格品。在隨機失效階段，失效率相對比較低，一般為一常數(shù)，器件特性基本恒定，但一旦發(fā)生故障，則常常是致命的。在磨損失效階段，早期發(fā)明晶體管時，人們認為晶體管是固體器件、具有無限壽命，但集成電路已經(jīng)發(fā)展到超大規(guī)模集成電路，每芯片上集成有1000萬以上器件數(shù)，導致器件的尺寸不斷精細化，失效率隨著時間增大而提高出現(xiàn)磨損失效現(xiàn)象。

集成電路可靠性主要包括三個部分：設計可靠性、制程可靠性和產(chǎn)品/封裝可靠性。

集成電路的可靠性涉及許多領域，如設計、制造、封裝和測試。在新技術的開發(fā)中，每個新的制程模塊（process module）的可靠性以及它與其他模塊的交互作用，是至關重要的，也會影響到產(chǎn)品最后的可靠性。集成電路特征尺寸縮減，而其工作電壓基本保持不變，對于制程工程師、設備工程師、可靠性工程師及制程整合工程師有著很大的挑戰(zhàn)，在可靠性、設計和工藝開發(fā)之間有時需要做出權衡。在超大規(guī)模集成電路時代，可靠性設計概念是極其重要的，設計可靠性必須建立在IC開發(fā)的每個過程中，包括設計、工藝開發(fā)和制造的各個階段。如此，新技術的可靠性才能得到一定的保證。

產(chǎn)品/封裝可靠性是利用真實產(chǎn)品或特殊設計的具有產(chǎn)品功能的工藝評估載具（Technology Qualification Vehicle, TQV）對產(chǎn)品設計、制程開發(fā)、生產(chǎn)、封裝中的可靠性進行評估。

制程可靠性是通過特殊設計的電子器件結構來研究集成電路制程工藝相關的可靠性失效模式的物理模型、壽命評估方法，并針對主要失效機理提出對策措施、消除制程開發(fā)和生產(chǎn)階段中的可靠性問題，從而保證集成電路在特定使用年限內(nèi)的可靠性，因此集成電路制程可靠性是集成電路制程研究開發(fā)的一個非常重要的部分。

從可靠性觀點來看，集成電路制程中最關鍵的三個模塊是：①晶體管（transistor），②柵氧化層，③金屬互連層。表15.1列出和關鍵模塊相關的可靠性失效模式。本文將對這些失效模式的物理圖像、模型及重要現(xiàn)象作簡單介紹。