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时间:2019-03-15
《集成电路互连引线电迁移研究分析》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、...页眉集成电路互连引线电迁移的研究摘要:随着大规模集成电路的不断发展,电迁移引起的集成电路可靠性问题日益显现。本文介绍了电迁移的基本理论,综述了集成电路互连引线电迁移的研究。同时指出了电迁移研究亟待解决的问题。研究表明:互连引线的尺寸、形状和微观组织结构对电迁移有重要影响;温度、电流密度、应力梯度、合金元素及工作电流模式等也对电迁移寿命有重要影响。Abstract:Withthedevelopmentoflarge-scaleintegratedcircuits,thereliabilitycausedbyelectromigrationbec
2、omesakeyissue.Thefundamentalofelectromigrationisintroduced.Therecentprogressinresearchonelectromigrationisoverviewed.Theresultsshowthatthesize,shapeandmicrostructureofinterconnectmetalliclineplayanimportantroleintheprocessofelectromigration.Alsothetemperature,currentdensity,st
3、ressgradientandalloyelementshavestronglyeffectsonMTF(meantimetofailure)ofelectromigration.Finally,theimminentissuesofelectromigrationhavebeenpresented.关键词:大规模集成电路;电迁移;互连引线Keywords:large-scaleintegratedcircuits;electromigration(EM);interconnectmetallicline1、引言:集成电路芯片内部采用金属薄膜引线来
4、传导工作电流,这种传导电流的金属薄膜称作互连引线。随着集成电路芯片集成度的提高,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,这种现象就是电迁移(EM——ElectronicMigration——electromigration)。{linlg注:电迁移的前提条件:电流密度比较大;就是:“金属原子——(实际是金属离子+)”向电子运动方向迁移”;就是:金属正离子受到电子的动量交换力比静电场的静电力优势。就是:电子、金属正离子一起由阴极向阳极迁移。}电迁移能使IC中
5、的互连引线在工作过程中产生断路或短路,从而引起IC失效,其表现为:①在金属互连引线中形成空洞,增加了电阻;②金属引线中的空洞长大,最终贯穿互连引线,使金属引线产生断路;③在金属互连引线中,金属原子堆积、形成小丘(晶须),造成比邻的连线、或层间的连线短路;④金属小丘(晶须)长大,穿透钝化层,产生腐蚀源。电迁移是引起集成电路失效的一种重要机制,由此引起的集成电路可靠性问题也就成为研究热点。研究表明,影响互连引线电迁移的因素非常复杂,包括:工作电流聚集、焦耳热、温度梯度、晶粒结构、晶粒取向、界面组织、应力梯度、合金成分、互连尺寸及形状等。....页脚..
6、.页眉2、基本理论:2.1、原子扩散的模型:当互连引线中通过大电流密度时,静电场力驱动电子由阴极向阳极运动。高速运动的电子与金属原子发生动量交换,原子受到猛烈的电子冲击力,这就是电迁移理论中的电子风力,也叫动量交换力,用Fwd[1]表示。实际上,金属原子上还受静电场力的作用,静电力用Fei表示,如图1。两者的合力即电迁移驱动力(Forceofelectronicmigration)可表示为:Fem=Fwd+Fei=Z*eρj(1)Z*=Zwd+Zei(2)式中:Fwd为电子风力(动量交换力);Fei为静电场力;Z*e为有效电荷;ρ为电阻率;j为电流
7、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。当互连引线中的电流密度较高时,向阳极运动的大量电子碰撞金属原子,使得所产生的电子风力(动量交换力)Fwd大于静电场力Fei,即动量交换力比静电场力优势。因此,金属原子受到电子风力的驱动,产生了从阴极向阳极的受迫的定向扩散,即发生了金属原子的电迁移(图2)。....页脚...页眉原子的扩散主要有三种形式:晶格扩散、界面扩散和表面扩散[1]。由于电迁移使金属原子从一个晶格自由扩散到另一个晶格的空位上,所以,通常,描述原子电迁移的数学模型采用的是空位流(J)方程:DcKTJ=-Ftotal
8、(3)式中:D为扩散系数;c为空位浓度;T为绝对温度;k为玻耳兹曼常数;Ftotal为电迁移驱动力合力。电迁移使得:引线内
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