IC 四種常見失效機理如下：
EM -- electron migration，電子遷移
TDDB -- time dependent dielectric breakdown，與時間相關電介質擊穿 / 經時擊穿
NBTI -- negative-bias temperature instability，負偏置溫度不穩定性
HCI -- hot carrier injection，熱載流子注入
其中，EM 和 TDDB 會導致隨機的崩潰性失效，NBTI 和 HCI 主要呈現為 性能逐漸降低。
參考 JEDEC JEP-001 標准。
1、EM (electron migration，電子遷移)
“電子遷移”是50年代在微電子科學領域發現的一種從屬現象，指因電子的流動所導致的金屬原子移動的現象。因為此時流動的“物體”已經包括了金屬原子，所以也有人稱之為“金屬遷移”。
在電流密度很高的導體上，電子的流動會產生不小的動量，這種動量作用在金屬原子上時，就可能使一些金屬原子脫離金屬表面到處流竄，結果就會導致原本光滑的金屬導線的表面變得凹凸不平，造成永久性的損害。
這種損害是個逐漸積累的過程，當這種“凹凸不平”多到一定程度的時候，就會造成IC內部導線的斷路與短路，而最終使得IC報廢。溫度越高，電子流動所產生的作用就越大，其徹底破壞IC內一條通路的時間就越少，即IC的壽命也就越短，這也就是高溫會縮短IC壽命的本質原因。
2、NBTI 、HCI、TDDB
MOSFET是當前最主要的 IC 工藝， 這三個效應 和 MOSFET 工作機理密切相關。
MOSFET工作原理：一個門極(Gate)靠靜電勢控制底下的導電溝道深度，電勢高形成深溝道電流就大，電勢低溝道消失就不導電了。
門極 和 溝道 中間需要絕緣介質隔開。最簡單的做法是把硅氧化做二氧化硅，但二氧化硅和基板硅之間附着差，容易產生Si-H鍵等 其他 界面形態。
在量子力學里，量子隧穿效應為一種量子特性，是指電子等微觀粒子能夠穿過它們本來無法通過的“牆壁”的現象。這是因為根據量子力學，微觀粒子具有波的性質，而有不為零的概率穿過位勢障壁。VLSI 開始 IC 中的量子效應不再能忽略。
1）Si-H鍵
由於量子隧穿效應的存在，溝道中流動的電子會有一定幾率移動到SiOH層去。Si−H鍵 相對容易斷，電子一隧穿到SiOH層，就有幾率把這個鍵打斷，這時候就產生斷鍵和游離氫原子。斷鍵會使得 threshold voltage 提高，這就是為什么斷鍵會使芯片變慢，因為導通電流低了，升壓就慢。
斷裂的Si-H鍵是可以自恢復的，所以基於斷鍵的老化效應都有恢復模式。【注：DC應力 和 AC應力機選需要考慮該效應。測試是DC應力下可靠性時也需注意】
對於NBTI效應來說，加反向電壓就會進恢復模式；對於HCI效應來說，停止使用就進入恢復模式。但是這兩種方式都不可能長時間發生，所以總的來說，芯片是會逐漸老化的。
2）Si−O鍵
Si−O鍵 雖然更穩固，但也會斷，斷后會形成一個可導電的點。
隨着使用，隨機斷裂到一定時間以后，斷裂的Si-O鍵會形成一個從溝道聯通門極的導電旁路，管子就擊穿了，這就是TDDB的危害。
3）失效應力
時間（時間積累）、溫度（溫度越高失效也快）、電應力（電壓）；
其他：
1）HKMG 工藝 對可靠性的影響
舊工藝為提升速度，需通過 削薄二氧化硅層，會惡化 IC 可靠性。
High-K Metal Gate（HKMG）技術后，可不再削薄電介質層，對該問題有改善。
【參考文檔】
1) https://www.zhihu.com/question/21385054 【入門】CPU 真的會老化？具體表現是什么？
2) https://blog.csdn.net/stpallas/article/details/50594523 【基礎】IC老化問題
3) https://wenku.baidu.com/view/8fe8a1c6a5e9856a571260bc.html 【深入】半導體集成電路可靠性測試及數據處理
4) https://wenku.baidu.com/view/ac2502dea2161479171128e2.html 【深入】ULSI柵氧化層可靠性(GOI)測試
【引用請聲明出處，yvivid】https://www.cnblogs.com/yvivid/p/reliability_ic.html