微电子电路可靠性物理1. 概述2. 可靠性的数学基础3. 失效物理4. 失效分析5. 可靠性设计6. 工艺可靠性3.1 氧化层中的电荷3.2 热载流子效应3.3 栅氧击穿3.4 电迁移3.5 与铝有关的界面效应3.6 热电效应3.7 CMOS 电路的闩锁效应3.8 静电放电损伤3.9 辐射损伤3.10 软误差3.11 水汽的危害3.12 NBTI3.13 ULSI 中铜互连可靠性相关技术微电子电路可靠性物理3.1 氧化层中的电荷第 3 章 失效物理 • 失效物理– 现象—在外界热、电、机械等应力作用下，发生在微电子器件内部及界面处的各种物理和化学的变化及效应；– 影响—这些效应对微电子器件的正常工作具有不良影响，严重时会引起失效，所以称失效物理，也叫可靠性物理；– 措施—从可靠性角度出发，针对失效的原因，讨论应采取何种有效措施，来防止器件失效，确保器件正常可靠地工作3.1 氧化层中的电荷 3.1.1 电荷的性质与来源3.1.2 对可靠性的影响3.1.3 降低氧化层电荷的措施 3.1.1 氧化层电荷的性质与来源• 研究始于 60 年代初期– MOS 晶体管开始批量生产，发现与硅热氧化结构有关的电荷严重影响着器件的成品率、工作的稳定性和可靠性。• 氧化层电荷用面密度 Q(C ／ cm2) 表示面密度 Q ：指 Si-Si02 界面处单位面积上的净有效电荷量，距界面有一定距离时要折合到界面处，“有效” 强调了这一点。N ＝ |Q ／ q| ，表示相应电荷数， q 为电子电荷。图 3.1 SiO2 中的电荷 mQ＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X XSiSiO2 ▲ ▲ ▲ ▲ (1) 固定氧化层电荷 Qf (2) 可动电荷 Qm (3) 界面陷阱电荷 Qit (4) 氧化层陷阱电荷 Qot 现已公认：在 Si-SiO2 界面 SiO2 一侧存在着四种氧化层电荷。 itQotQfQmQ mQ＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X XSiSiO2 ▲ ▲ ▲ ▲ (1) 固定氧化层电荷 Qf (2) 可动电荷 Qm (3) 界面陷阱电荷 Qit (4) 氧化层陷阱电荷 Qot itQotQfQmQ （ 1 ） 固定氧化层电荷 Qf1/2 （ 1 ） 固定氧化层电荷 Qf 2/2• 定义： Qf 是指分布在 SiO2 一侧距 Si-SiO2 界面小于 2.5nm 的氧化层内的正电荷。• 产生机理： Qf 起源于硅材料在热氧化过程中引入的缺陷，如生成离子化的硅或氧空位，它们都带...
