第07章厚膜电路的失效机理.doc

厚/薄膜集成电路是一种非常重要的微电子器件。它是将厚/薄膜集成电路技术制造的无源元件与半导体技术制造的有源器件(包括半导体集成电路芯片)采用灵活的组装技术组装在绝缘基片上所形成的集成电路,因此又称为混合集成电路。其中,“二次集成电路”的混合集成电路发展较快,它主要是在作有厚膜或薄膜无源网络的绝缘基片上,组装上多个半导体集成电路芯片所形成的混合集成电路。在这类电路中,膜集成电路技术通常是制作精细的互连线/交叉线和多层布线,以及某些无源元件,然后组装上半导体集成电路芯片,形成规模更大的/功能更为复杂的混合集成电路。厚薄膜集成电路的失效不仅有硅芯片失效,而且还包括厚/薄膜元件/互连导带/组装和封装的失效模式和失效机理。硅芯片的失效模式和机理在有关章节中已经介绍,不再重复,本章仅介绍厚/薄膜集成电路的失效模式和机理。1*薄膜集成电路的失效模式和机理目前,对薄膜集成电路的失效分析表明,外贴硅芯片的失效约占50%---70%,薄膜电容失效约占10---20%,薄膜电阻失效约占10%,焊接不良占10---20%,断腿失效约占5%。---300Ω/的镍铬合金和镍铬合金和氧化钽。薄膜电阻器失效的原因是:。空气中的氧可使镍铬系薄膜氧化,电阻值增大。环境温度和电阻器本身的温升可促使氧化加速进行。空气中的氧化扩散到钽膜晶粒间界中时,沿膜厚方向存在着氧浓度梯度。这使钽膜老化的最大原因,温度可加速氧化过程。如果再加上湿度,不但使表面氧的浓度增加促进氧扩散,而且还会引起电化学反应使电阻膜被腐蚀。特别在电负荷下,温度/湿度效应更加严重。。电阻膜中难免存在针孔其产生的原因与电介质膜相同。电阻膜有效面积减小,电流密度增大并且分布不均匀,因而引起局部温度过高,严重时可使电阻膜局部烧毁而导致电阻器失效。。如果在基片材料中或表面上存在碱性离子,如Na/K等离子。在电场作用下就会在负极附近析出,使电阻膜受腐蚀,引起电阻值变化甚至电阻器开路。工艺卫生条件不良造成污染/工艺过程中所用腐蚀液等清洗的不干净也会引起类似的电阻器失效。(SiO)薄膜电容器。其次是五氧化二钽(Ta2O5)和二氧化硅(SiO2)薄膜电容器。SiO薄膜电容器失效的主要原因有以下几方面:。在SiO电介质膜的制作过程中要完全消除针孔和气泡是极困难的,针孔分为穿透孔和非穿透孔,气泡则位于膜层内部。它们都会引起其附近的局部电场畸变和电场集中,结果在针孔或气泡处首先造成电击穿,严重时导致电容器失效。电介质中存在杂质和尘埃也会造成类似的恶果。。在Al---SiO---Al电容器中,在外加电场的作用下,局部击穿过程表现在SiO电介质内部发生如下电化学固相反应:Si---O---Si局部击穿电场Si---Si---+O+e此反应说明,在局部击穿电场的作用下,使Si—O—Si基团游离出一个硅离子,并释放出一个电子和一个自由氧原子,注入到周围电介质中,由于电子注入到电介质的导带上,在外电场的作用下参加导电,从而破坏了介质的绝缘性能,最后导致电介质击穿。同时,在破坏性的击穿发生之后,击穿区周围出现单晶硅