电迁移原理(华东师范大学李旭瑞)

《电迁移原理》 的思考总结与扩展 姓名：*** 专业：华东师范大学 微电子 电迁移原理： 集成电路芯片内部采用金属薄膜引线来传导工作电流，这种传导电流的金属薄膜称作互连引线。随着芯片集成度的提高，互连引线变得更细、更窄、更薄，因此其中的电流密度越来越大。在较高的电流密度作用下，互连引线中的金属原子将会沿着电子运动方向进行迁移，，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须，这种现象就是电迁移。它是引起集成电路失效的一种重要机制。 电迁移失效机理 产生电迁移失效的 内因：薄膜导体内结构的非均匀性 外因：电流密度 从缺陷产生和积累得角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理，即在电迁移过程中，在子风和应力的作用下，互连线中的某些薄弱部位产生了缺陷;缺陷的产生，重新改变了互连线中电流的分布，进而也会影响热分布;这两个过程相互作用，决定了缺陷在哪些薄弱部位产生;随着时间的增加，缺陷不断积累，相邻较近的缺陷融合成一个大缺陷;当产生的缺陷足够大，在垂直电流的方向上占有足够的面积，互连线的电阻就会显著增加;最后当形成的缺陷横跨整个互连线横截面，互连线断路在图2.4 中，我们考虑金属原子 A，它的周围有十二个相邻的晶格位置，其中之一被空位 V 占据，其余被其他金属原子占据。在无电流应力条件下，由于热运动，原子 A 向其附近任何一个方向移动的概率是相等的;若在“电子风”吹动的情况下，很明显原子 A 向电子风方向移动概率大大增加。假设 A 要与人原子发生交换，其过程也只能是通过原子与空位的交换，即人移到空位位置，A 移到人位置，空位移到原的位置，可见，空位移动一步之前移动了两个原子。同理，若A 往几方向移动，空位移动一步须移动三个原子。所以，同等电子风力条件下，金属原子移动方向不同，难易程度也不同。 从电流密度角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理 在金属里作用了两种对立的力。这些力被称为“直接力”和“电子风”力。直接力是一种在电场的作用下，由激活的金属正离子沿电子流相反方向流动产生的力。另一方面，关于“电子风”力是金属离子在电子流方向因电子与离子的动量交换而形成的力。 在实践中，互连结构电迁移的可靠性评估使用了简单的方程。“电子风力”和“静电场力”的合力给定为 式中，Fp 为电子风力；Fe 为场力；Z*e 为有效电荷；ρ为电阻率；j 为电流密度；Zwd 为电子风力有效电荷常数；Zei 为静电场力有效电荷常数。 当互连引线中...