微电子可靠性工程 第5章 图文.doc

微电子可靠性工程 第5章_图文第五章微电子器件的可靠性问题-----,通电铝条中的铝离子会沿电子流传输,这种传输在高温、大电流密度下更加明显。铝离子传输,在几小时到几百小时后,铝条就会产生空洞,并聚集而造成断路,这就是电迁移现象,或称电迁徙、电徒动。在一定温度下,铝膜中存在一定平衡浓度的空位,由于铝离子的热振动,使其从正常晶格位置上激励到邻近空位中,产生铝离子自扩散。在无外场作用时,铝离子受到两种力的作用:,即由正极招向负极;,,即由负极指向正极。由于电子的屏蔽作用,库仑场对铝离子作用力很小。因此通电铝膜中的铝离子主要受到电子流对它的作用力,结果使铝离子与电子流一样朝正极移功,相应所产生的铝离子空位向负极移动。这样就造成了净质量传输。这些铝离子移动的结果,久而久之,顺电子流力向的末端会形成铝原子堆积产生小丘或晶须;而另一端空位聚集形成空洞,使铝膜断开。。铝条因电迁移而达到断线的平均失效时间MTF可用下式表示:式中,A为铝条横截面面积;J为电流密度(A/cm2;φ为原子迁移激活能(ev;T为金属条温度(K;×10(ev/K;C为与金属条密度、电阻率、晶粒大小、离子质量、几何尺寸等有关的因子,C与φ由实验数据确定。由公式(:(1MTF与电流密度平方成反比,与温度倒数成指数关系,所以电迁移与J、T较敏感。(2在J、T一定时,提高激活能φ、降低常数C,。(3材料不同,扩散方式则不同,激活能也就不同。由于金的激活能比铝大,所以金系统比铝系统MTF大。另外,在功率集成电路和大功率硅晶间管KP500A/2500v中,发现铝离子迁移沿着电场力向,即逆着电子流方向辽移。晶间管在2000h长期通电和断续负荷2万次寿命试验中,发现阳极蒸铝膜、蒸金膜迁移到阴极镀银铜块上。功率集成电路中,发现在SiO2层底下顺着电场方向堆积铝粒子。(,使EB结短路,,这对套刻间距小的微波功率管容易发生;、大规模集成电路容易发生;c集成电路中铝条电迁移后与有源区短接,多层布线上下层铝条电迁移形成晶须而短接;。(,铝条承载电流过大,特别是铝条划伤后,电流密度更大,使铝条断开。尤其是大功率管,在正常结温(150℃时,往往工作几百小时后因电迁移而失效。,因接触面积小,电流密度过大而失效。,因电迁移断条。通过氧化层阶梯的沼条在簿氧化层上散热好,温度低,而在厚氧化层上散热差,温度高,所以当电子流沿着铝条温度增加方向流功时,就会出现铝原子的亏空,形成宏观的空隙。(3参数退化电迁移特影响器件性能稳定。例如,品体管EB结的退化。3提高金属化系双抗电迁移能力的措施(,器件与电路中通常设计铝膜中J<2×105A/cm2;尽可能增加金属膜厚度和宽度,以增加器件导电截面积,降低电流密度;对于需要窄金属条的场合,一定要用增加厚度,减少电流密度;高频功率管中采用覆盖式、网格状、菱形比梳状好,集成电路中,J大的引出线、发射极布线、接地布线与金属条等,应适当放宽。,增加散热温度升高,MTF呈指数哀减,结温和散热直接影响MTF值。高频功率管采用多基区并联(即多有源区,增大芯片面积是有利于散热的措施。加大发射极镇流电阻,采用输入匹配网络等技术是防止热不均匀性的良好方法。集成电路除采用分散有源器件外,应选择合理封装工艺,以利散热、降低芯片温度。(2严格控制制造工艺,加强检测避免金属膜划伤、采用干法工艺,激光划片等;加强镜检,剔除划伤金属膜厚度并进行检测;保证烧结质量,减少因接触不良和压偏造成热阻增加。(3改进金属化系统改进金属化系统有如下几种途径:(硅、铜,形成铝合金;,以改变常数C。。①—Cu合金抗电迁移能力强,硬度大,不易划伤,抗再结构方面也比纯铝好,适合于大规模集成电路多层布线工艺。AL—Cu合金的MTF值比铝高,是因为铝膜中加入铜后,在铝的点阵中含有CuAL2粒子,它作为空穴陷阱,使晶体中空位数目减少,只有当CuAL2粒子耗尽之后,空位才能聚集形成可见的空洞。同时金属吸附在铝晶粒间界处,大大降低该处空位浓度,使晶间扩