微电子产品可靠性(.ppt

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1、二两种不同工作条件下的再结构现象1，高温少循环(例如：合金、烧结、热压等工艺过程)再结构⑴再结构表面出现的小丘、晶须和空洞往往覆盖了整个晶粒或分布在晶间三相点处;⑵小丘和空洞产生的原因—压缩和膨胀应力下，Al原子的扩散蠕变;1SiO2上小晶粒(<1μm)Al膜高温少循环表面再结构的SEM照片左图为热处理前,右图为热处理后(∆T=400℃,10次循环每次15分钟)22，低温多循环再结构―电极温度低、变化大，变化次数多。⑴特点：金属化表面粗糙不平，出现皱纹；⑵皱纹产生原因：压缩疲劳引起的塑性形变；⑶后果：使Al

2、膜的晶粒长大，变胖，长出晶瘤，常常是短间距的金属化器件极间瞬时短路的主要原因之一。3大晶粒(8μ)的1mil宽Al膜在低温(∆T=70℃)36000次电脉冲作用下表面再结构的SEM照片4三，防止表面再结构的措施1,提高蒸发时的衬底温度以增大晶粒直径，可以减弱以至完全防止高温少循环再结构；2,薄膜合金化，可以增加膜的降服强度，滞缓金属的流动；3,铝膜上覆盖PECVDSiO2，可大大减小铝与SiO2(或Si)之间膨胀系数之差和铝的线膨胀系数，这对防止两种再结构都很有效。5小结:半导体器件金属电极系统的主要失效机

3、理⒈蒸发自掩蔽效应造成氧化层台阶处金属膜的断路；⒉因电迁移造成金属电极系统表面出现小丘、空洞、晶须造成开路或短路。⒊金属与硅的共熔,导致硅表面出现腐蚀坑,使eb结特性变软,甚至穿通；⒋温度循环过程中,金属膜表面再结构造成表面粗糙化,出现小丘,在变薄处加速了电迁移现象的发生；⒌高温下,电极金属与SiO2相互作用,使金属膜变薄，SiO2受到侵蚀,造成极间短路或开路；⒍潮湿气氛下,电极系统的电化学腐蚀现象造成极间开路；6静电效应3.3静电效应3.3.1静电的产生静电的产生主要有两种形式，即摩擦产生静电和感应产生静

4、电。静电产生的两种形式7一，产生静电的过程1,摩擦产生静电因两种物质摩擦或接触后又快速分离而产生静电的过程称为摩擦生电；两种材料表面单位体积所含可动电荷密度不等，或者说两种不等电子化学势或费米能级的材料相接触，则电子从化学势高的材料运动到低的材料，接触处便形成了电偶层，一般接触电势差为0.01V～0.1V。当两种不同材料的物体接触后又迅速分开时，电子来不及跑回原材料，则电子化学势高的材料将荷正电，反之荷负电，这即静电产生的原因。82,若接触物体理想地分离，即无任何电子在分离瞬间越过接触面而复合，则在分开过程

5、中Q＝CV＝常数若电偶层厚度为10-8cm（1），接触电势为0.01V时，则分离1cm，静电势可达106V；实际上静电势远小于此值，因为两物体分开时，总有些电子要越过接触面而复合，所以残存的电荷量取决于分开速度。9二摩擦生电的电势1,两种物体摩擦时，接触点增加，接触面积大，接触和分离几乎同时进行，分离速度快，残存的电荷量多，所以，产生的电势高。2,两种不同组合的材料，摩擦后产生静电势的高低是不同的，各种材料，按其相互摩擦后产生的电势高低可以排成次序:摩擦生电主要发生在绝缘体之间，由于绝缘体不能把所产生的电荷

6、迅速分布到物体整个表面，或迅速传给它所接触的物体，所以能产生相当高的静电势；10常见材料磨擦生电顺序表排在前面的材料与排在后面的材料相互摩擦时，前者带正电，后者带负电；同种材料与不同材料相互摩擦时，所带电荷的极性可能不同，如玻璃棒与棉相摩擦，玻棒带正电，棉带负电；而棉和硅片相摩擦，则棉带正电，硅片带负电。112感应产生静电当一个导体靠近带电体时，会受到该带电体形成的静电场的作用，在靠近带电体的导体表面感应出异种电荷，远离带电体的表面出现同种电荷。尽管这时导体所带净电荷量仍为零，但出现了局部带电区域，这一过程

7、称为感应生电；显然，非导体不能通过感应产生静电。静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度密切相关：在相对湿度高的场合静电势较低；在相对湿度低的场合静电势就高。空气纯净的场所内，由于离子浓度低，所以静电更易产生。12一，构成对半导体器件损伤的各种静电源对半导体电路产生影响的静电源主要有绝缘体、人造材料和人体，其中人体是最重要的静电源。1人体是最重要的静电源人体接触面广，活动范围大，很容易与带有静电荷的物体接触或摩擦而带电；同时也有许多机会将人体自身所带的电荷转移到电路上或者通过电路放电；人体与地之间的电

8、容较小，少量的静电荷转移到人体上，可导致很高的静电势(∵Q=CV)；人体的电阻较低，处于静电场中容易感应起电；3.3.2静电源13在各种活动中人体的静电势人体静电与人体所接触的环境及活动方式有关14操作者手上的静电势可见，人体静电与人的操作速度有关，操作速度越快，人体静电势越高；15质地不同工作服和内衣摩擦时人体的静电势(KV)可见，人体静电与所着衣物和鞋帽的材料有关，一般化纤和塑料制品较之棉制品更容易产生静电。