集成电路的失效模式多种多样，将集成电路的主要失效模式列于表12-1中，失效模式的分类按失效发生的部位划分。

表12-1 集成电路的主要失效模式

从表12-1中可见，集成电路的主要失效模式有栅介层击穿短路、电参数退化、金属化互连线开路、芯片烧毁、电路漏电、电路无功能、存储数据丢失、保护电路烧毁、二次击穿和铝穿透，下面分别予以介绍。

（1）栅介层击穿短路。随着超大规模集成电路器件尺寸的等比例缩小，在器件生产过程中薄栅氧化层上的高电场是影响器件成品率和可靠性的主要因素。当有电荷注入氧化层时，会产生结构变化（陷阱、界面态等），引起局部电流的增大，当有足够多的电荷注入进氧化层时，会产生热损伤，导致氧化层有一条低的电阻通路，在介质层上产生不可恢复的漏电，即发生栅介层的击穿短路，这种击穿可以在介质层上施加电流或施加一个高电场来获得。

（2）电参数退化。电参数退化是指双极型器件的电流增益下降、PN结反向漏电流增加、击穿电压蠕变等。对MOS器件则是平带电压、阈值电压漂移、跨导下降、线性区漏极电流和饱和区漏极电流减小甚至源-漏击穿；对电荷耦合器件则是转移效率下降；对光电器件则是发光效率降低等。

（3）金属化互连线开路。金属化互连线的开路是指芯片上用于电连接的铝连线产生了开路，开路的原因与芯片的加工工艺和使用条件有关。

多层金属布线中，采用腐蚀法刻蚀铝和介质层上的通孔会造成金属边缘和氧化层台阶处第二层金属膜厚的不均匀，从而引起断条，产生开路。

使用中，金属条中流过的电流密度过大，产生了金属原子的迁移，从而导致金属化互连线的断裂，产生开路。

（4）芯片烧毁。当过大的输入信号或电源电压加到芯片上时，产生器件的大面积烧毁或芯片上产生严重的过应力击穿点，这就是芯片烧毁。

在CMOS电路中存在NPNP寄生晶闸管结构，在一定条件下会被触发，电源到地之间便会流过较大的电流，并在NPNP寄生晶闸管结构中同时形成正反馈过程，此时寄生晶闸管结构处于导通状态，只要电源电压不降至临界值以下，即使触发信号消失，已经形成的导通电流也不会消失，引起器件的烧毁。CMOS电路的寄生晶闸管效应也称闩锁效应。

（5）电路漏电。电路漏电是指器件中本应绝缘或小电流的位置产生了大得多的电流，而且是数量级上的增加，电流的大小与器件中的受损部位有关。

多层金属布线中，两层布线间有氧化层针孔及因第一层金属不平整或介质膜过厚而引起的介质膜裂纹，破坏了介质的绝缘性能而产生漏电。

（6）电路无功能。电路无功能是指本应有信号输出的电路端口没有信号输出，影响电路无功能的因素有内因和外因两个方面：内因有输出信号端口的键合引线烧断使信号无法输出、键合引线的键合端腐蚀开路造成信号无法输出、内部电路短路使信号被旁路到地；外因主要是供电不足使电路不能输出信号。

（7）存储数据丢失。存储数据丢失是指在外界因素作用下产生的电路误动作，使动态存储器存储的电荷丢失、静态RAM（随机存储器）的存储单元翻转、动态逻辑电路信息丢失的现象，与器件本身的物理缺陷无关。

（8）保护电路烧毁。微电子器件在加工、生产、组装、储存及运输过程中，可能与带静电的容器、测试设备及操作人员相接触，所带静电经过器件引线放电到地，使器件受到损伤或失效，这叫静电放电损伤（ESD）。它对各类器件都有损伤，而对于MOS器件特别敏感。器件抗静电能力与器件类型、输入端保护结构、版图设计、制造工艺及使用情况有关。

器件的ESD分成1、2、3三个等级，其抗静电电压分别为小于2kV，在2000～3999V之间及大于4kV。在过电应力或过高的静电压作用下，保护电路会被击穿或烧毁，从而使器件失去功能，导致失效。

（9）二次击穿。当器件被偏置在某一特殊工作点时，电压突然降落，电流突然上升，出现负阻的物理现象叫二次击穿。这时若无限流或其他保护措施，器件将烧毁。

二次击穿和雪崩击穿不同，雪崩击穿是电击穿，一旦反偏压下降，器件（若击穿是在限流控制下发生的）又可恢复正常，是可逆的、非破坏性的。二次击穿是破坏性的热击穿，为不可逆的过程，有过量电流流过PN结，温度很高，使PN结烧毁。

（10）铝穿透。当硅溶进覆盖的铝膜后，在连接孔退火时铝会穿过连接窗，这种现象常被称为铝膜尖峰或连接坑。熔进铝膜的硅在硅片的温度下降后会析出，或者在氧化层上形成小岛，或者作为连接孔的外延硅，从而导致有效接触面积减少、接触电阻增大，甚至阻塞整个连接处。