電遷移現(xiàn)象其失效機(jī)理

1、電遷徙現(xiàn)象及其無效機(jī)理電遷徙現(xiàn)象及其無效機(jī)理電遷徙現(xiàn)象及其無效機(jī)理2.1SiO2層集成電路中的電遷徙現(xiàn)象電遷徙現(xiàn)象簡介跟著芯片特點(diǎn)尺寸愈來愈小，集成度愈來愈高，對(duì)芯片靠譜性的研究也變得愈來愈重要，而此中電遷徙現(xiàn)象是影響互連引線的主要靠譜性問題。在微電子器件中，金屬互連線大多采納鋁膜，這是因?yàn)殇X膜擁有電阻率低、價(jià)錢低價(jià)、與硅制造工藝相兼容、與等介質(zhì)膜擁有優(yōu)秀的粘附性、便于加工等一系列長處。但使用中也存在著如性軟、機(jī)械強(qiáng)度低、簡單劃傷；化性開朗、易受腐化；抗電遷徙能力差等一系列問題。集成電路芯片內(nèi)部采納金屬薄膜互連線來傳導(dǎo)工作電流，這類傳導(dǎo)電流的金屬在較高的電流密度作用下，沿電場反方向運(yùn)動(dòng)的電子將

2、會(huì)與金屬離子進(jìn)行動(dòng)量互換，結(jié)果使金屬離子與電子流同樣朝正極方向挪動(dòng)，相應(yīng)所產(chǎn)生的金屬離子空位向負(fù)極方向挪動(dòng)，這樣就造成了互連線內(nèi)金屬凈的質(zhì)量傳輸，這類現(xiàn)象就是電遷徙。電遷徙無效機(jī)理電遷徙現(xiàn)象是指集成電路工作時(shí)金屬線內(nèi)部有電流經(jīng)過，在電流的作用下金屬離子產(chǎn)生物質(zhì)運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)象。從而致使金屬線的某些部位出現(xiàn)空洞從而發(fā)生斷路，而其他一些部位因?yàn)橛芯ы毶L或出現(xiàn)小丘造成電路短路。當(dāng)芯片集的成度愈來愈高后，此中金屬互連線變的更細(xì)、更窄、更薄，電遷徙現(xiàn)象也就愈來愈嚴(yán)重。圖為典型的電遷徙無效結(jié)果。（a）電遷徙引起短路（b）電遷徙引起斷路在塊狀金屬中，電流密度較低（104A/cm2），其電遷徙現(xiàn)象只在湊近資料熔點(diǎn)

3、的高溫時(shí)才發(fā)生。薄膜的資料則否則，淀積在硅襯底上的鋁條，截面積很小和很好的散熱條件，電流密度可高達(dá)107A/cm2，因此在較低的溫度下就能發(fā)生電遷徙。在必定溫度下，金屬薄膜中存在必定的空位濃度，金屬離子經(jīng)過空位而運(yùn)動(dòng)，但自擴(kuò)散但是隨機(jī)的引起原子的從頭擺列，只有在遇到外力時(shí)才可產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)。通電導(dǎo)體中作用在金屬離子上的力有兩種：一種是電場力Fq，另一種是導(dǎo)電載流子和金屬離子間互相碰撞發(fā)生動(dòng)量互換而使離子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力，這類力叫摩擦力Fe，關(guān)于鋁膜，載流子為電子，這時(shí)電場力Fq很小，摩擦力起主要作用，粒子流與載流子運(yùn)動(dòng)方向同樣。這一摩擦力又稱為電子風(fēng)。經(jīng)過理論分析有：F=Fq+Fe=Z*qE式中Z*

4、成為有效原子價(jià)數(shù)，E為電場強(qiáng)度，q為電子電荷。Z*的絕對(duì)值越小，抗電遷徙能力就越大。電遷徙引起的無效模式短路1）電遷徙使晶體管發(fā)射極尾端累積鋁離子,使EB結(jié)短路，這對(duì)套刻間距小的微波功率管簡單發(fā)生；2）電遷徙產(chǎn)生的晶須使相鄰的兩個(gè)鋁條間短路,這對(duì)相鄰鋁條間距小的超高頻器件、大規(guī)模集成電路簡單發(fā)生；3）集成電路中鋁條經(jīng)電遷徙后與有源區(qū)短接,多層布線上基層鋁條經(jīng)電遷徙后形成晶須而短接；（4）晶須與器件內(nèi)引線短接觸的數(shù)量。斷路1）正常工作溫度下,鋁條承受電流過大,特別是鋁條劃傷后,電流密度更大,使鋁條斷開特別是大功率管,在正常結(jié)溫(150)時(shí),常常工作幾百小時(shí)后因電遷徙而無效；2）壓焊點(diǎn)處,因接觸面積小,電流密度過大而無效；3）氧化層臺(tái)階處,因電遷徙而斷條經(jīng)過氧化層階梯的鋁條在薄氧化層上散熱好,溫度低,而在厚氧化層上散熱差,溫度高因此當(dāng)電子流沿著鋁條溫度增添的方向流動(dòng)時(shí),