定義はシンプル。

想定使用環境・期間において、デバイスが機能を維持できるかを評価する技術。

 

評価対象は以下。

・電気的劣化・絶縁破壊

・配線劣化

・界面劣化

・熱起因劣化

つまり、壊れるまでのプロセスを可視化する技術。

理由は3つ。

・製品保証の根拠

・車載・産業用途の必須条件

・顧客信頼の基盤

例：

・スマートフォン → 数年保証

・車載ECU → 10〜15年保証

後者では、わずかな劣化も致命傷となる。

半導体は時間とともに劣化する。

主因は以下。

・電界

・温度

・電流

・湿度

・機械応力

この組み合わせが寿命を決める。

ゲート絶縁膜の寿命評価。

電圧を長時間印加すると、絶縁膜内部に欠陥が蓄積し、最終的に絶縁破壊が発生。

微細化で膜厚が薄くなり、TDDBは最重要評価項目となっている。

 

評価ポイント：

・破壊時間分布

・電界依存性

・温度依存性

配線の劣化現象。

大電流により金属原子が移動し、

・空洞（Void）形成
・配線断線
・抵抗増加　が発生。

特にCu狭配線で顕著。AIチップでは最大の寿命制約要因。

トランジスタ特性のドリフト。

高温 × 電圧印加で界面欠陥が増加し、

・しきい値電圧変動

・電流低下

・スイッチ速度低下　が発生。

種類：

・NBTI（PMOS）

・PBTI（NMOS）

高電界で加速された電子が、ゲート酸化膜へ注入。

・界面欠陥生成

・デバイス特性劣化

高周波用途で顕著。

熱応力による配線劣化。

温度変化により金属が移動し、

・ボイド

・ヒロック　が発生。

パッケージ応力とも密接に関連。

寿命評価は時間との戦い。

10年寿命を10年待つことは不可能。

そのため加速試験を実施。

代表例：

・HTOL

・HAST

・THB

・PCT

温度・電圧・湿度を強化し、短時間で劣化を再現する。

加速試験結果から実使用寿命を推定。

代表モデル：

・Arrheniusモデル

・E-model

・Black’s Equation

保証年数の科学的根拠となる。

要求は非常に厳しい。

代表規格：

・AEC-Q100

・JESD47

・ISO26262

特徴：

・長寿命

・高温

・振動

・高湿

スマホ用途とは別次元。

デバイス単体では完結しない。

・熱抵抗

・機械応力

・電流集中

パッケージ設計が寿命を左右する。

Chiplet・HBMで顕著。

・AI寿命予測

・in-line Reliability Monitor

・リアルタイム劣化監視

・デジタルツイン評価

・材料×設計同時最適化

評価は試験から予測科学へ移行。

・信頼性評価は寿命保証技術

・TDDB・EM・BTIが三大劣化

・微細化で劣化は加速

・加速試験で短期寿命推定

・車載用途は別次元要求

・パッケージ設計も寿命に直結

１．TDDBが微細化で重要度を増す理由は？

２．EMがAIチップで深刻化する理由は何か？

３．加速試験を行う目的を説明せよ。

４．車載用途で信頼性評価が特に厳しい理由は？