亚微米接触孔电迁移失效分析

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1、据IHSisuppli公司研究分析，继2010年增长41%之后，2011年全球电源管理半导体市场销售额增长速度将明显放慢，但仍将保持两位数的速度。ZOn年全球电源管理半导体销售额将升至362亿美元，比2010年增长13%。2011年每个季度都将保持增长〔们。2009年全球车用半导体市场增长受到发生来自2008年底金融风暴的冲击，而使得市场较2008年下滑22%，为157亿美元。2010年，随着全球经济情势趋于稳定，车用半导体市场同步回升，较2009年增长36%，达到214亿美元。而未来受惠于环保节能的市场趋势及新兴市场汽车销售量的大幅扬升，

2、将可持续拉升全球车用半导体市场的增长。全球车用半导体市场2009年下滑后，2010年一2014年将呈现连续5年上扬局面，至2014年产值可达到257亿美元〔5，。冬莎犷三筑)33臀、外外一︸一-︸︸︸镶丢潇氮球鸡嫂李弩纬粼毓乃，今一:理轰;薪2，落入哭煞”瓜动飞之。帕别:巷念。侧初:之劫傀32。:4;图1.1:2。。9、2014全球车用半导体市场电源管理半导体和车用半导体在集成电路制造业中一直具有稳定市场，且有缓慢上涨的趋势。电源管理半导体和车用半导体的主要芯片来源是功率场效应管和逻辑控制器件，其主要工艺技术节点的是特征尺寸为0.35微米的

3、亚微米制造工艺。功率场效应管芯片的需求量一直是最大的，但同时其芯片面积小，因而转移到8英寸厂后其晶圆需求量降低。而逻辑控制器件芯片面积较大，特别是应用于车用半导体的汽车电子芯片，由于其可靠性要求高，价格一直比同类产品高。随着原先主要生产亚微米工艺和微米工艺的5英寸、6英寸厂的陆续关闭，使得作为其主要产能的亚微米产品都转移到了8英寸厂来生产。国内集成电路公司都在发展其在亚微米工艺市场上的份额，特别是车用半导体市场。但是可靠性的问题使得中国半导体制造业难以扩大汽车电子芯片市场。虽然中国汽车电子市场近年来也随着中国汽车产业一起进入快速发展时期，但

4、我国汽车电子芯片技术起步较晚，基础薄弱，由外资企业占据着市场和技术的决定权。尽管国家和地方政府发展汽车电子行业的举措加大，但汽车电子类IC市场仍被国外厂商所占据:英飞凌、瑞萨、飞思卡尔、意法半导体、NXP、博世、德州仪器，如下表1.1所示全球汽车芯片市场份额排行。表1.1:2009年全球汽车芯片市场份额排行................犯缨丝哟释片娜蝉肺.......2009企业虫卜名2的牙份颤000000必目00英飞凌8刀%谁萨屯子‘份‘﹃，﹄丘三么，，1乙j卜照皿-弧孔外叭腮服溉跌飞卷卡移1a6一‘85"，了14贾;去半导体NXP博世

5、污获j.线义器月夏乏安杀美半得二体夏七澎只褚也本土芯片设计公司的芯片产品，大多数并不符合汽车用规格，如工作温度、EMC性能、通讯接口标准等要求，也没有经过国外专业公司严格的认证钡(试。而且由于没有大批量产应用的验证，很难获得模块开发商以及主机企业的认可。不同于消费电子产品迅速的更新换代，汽车电子产品一定要在10一巧年内，保证安全可靠。因此质量是汽车电子产品很重要的考验。“汽车电子产品与工业应用的区别在于，前者稍有改动都要层层通知用户，经允许后才做修改。”汽车电子产品最基本的要求是零缺陷系统和150/TS16949认证，并且由于产品可靠性问题

6、对安全性能的影响，要求晶圆代工厂有完整的质量管理体系、质量管理团队和系统的失效分析手段。近年来，国内集成电路公司陆续通过IS0/TS16949汽车质量管理体系认证，如宏力半导体、华虹NEC和中芯国际等。随着电迁移引起的集成电路可靠性问题日益凸现，它不但影响着我国集成电路工艺水平的提高，也不利于晶圆代工厂对于半导体市场的占领与开拓。第三节铝接触孔电迁移可靠性的研究电迁移是超大规模集成电路中一个重要的失效机制，它是由于在电流作用下金属中的离子位移所致，是金属互连中的金属原子受到运动的电子作用引起的物质输运现象。它首先表现为电阻值的线性增加，到一

7、定程度后就会引起金属膜局部亏损而出现空洞，或引起金属膜局部堆积而出现小丘或晶须。前者将使互连引线开路或断裂，而后者会造成引线之间的短路。通孔是多层互连系统中的一个脆弱环节，它的稳定性是整个互连系统可靠性的关键。铝互连电迁移存在两个不同的电迁移失效模式:通孔电迁移和引线电迁移〔6，。对于亚微米工艺的逻辑控制器件，金属连线一般只有一至两层，而功率场效应管只有一层金属连线。所以在亚微米工艺中的通孔电迁移失效主要是接触孔电迁移失效，其实质是硅在铝中的电迁移而形成渗透坑导致的失效。硅在铝中的电迁移指的是固态溶解在铝膜中的硅原子，由于分布不均匀，存在浓

8、度梯度，便要向外扩散;如有大电流密度通过时，电子的动量也要传递给硅原子，使之沿电子流方向移动，即产生电迁移。这种电迁移在高温下更容易产生，当电流由铝膜并通过Al一Si界面流入硅中