EM 电迁移； TDDB 与时间相关的电介质击穿； HCI 热载流子注入效应； SM 应力迁移(ZZ)

金色传说

电迁移 EM(electromigration） 电迁移（EM）是微电子器件中主要的失效机理之一，电迁移造成金属化的开路和短路，使器件漏电流增加。在器件向亚微米、深亚微米发展后，金属线的宽度不断减小，电流密度不断增加，更易于因电迁移而失效。因此，随着工艺的进步，EM的评价备受重视。 % ^8 O1 ~2 S+ E0 Y( E 7 @7 Y  F# j" A6 a导致电迁移的直接原因是金属原子的移动。当互连引线中通过大电流时，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能量交换，原子受到 猛烈的电子冲击力，这就是所谓的电子风力。但是，事实上金属原子同时还受到反方向的静电场力。当互连线中的电流密度较高时，向阳极运动的大量电子碰撞原 子，使得金属原子受到的电子风力大于静电场力。因此，金属原子受到电子风力的驱动，使其从阴极向阳极定向扩散，从而发生电迁移。 电迁移是金属线在电流和温度作用下产生的金属迁移现象，它可能使金属线断裂，从而影响芯片的正常工作。电迁移在高电流密度和高频率变化的连线上比较容易产生，如电源、时钟线等。为了避免电迁移效应，可以增加连线的宽度，以保证通过连线的电流密度小于一个确定的值。 通常EMI效应引起的问题是电源网格电阻增加，从而导致IR降增加，从而影响电路时序。 与时间相关电介质击穿 TDDB（time dependent dielectric breakdown ） 在栅极上加恒定的电压，使器件处于积累状态。这就是一般所说的TDDB（time dependent dielectric breakdown ）。经过一段时间后，氧化膜就会击穿，这期间经历的时间就是在该条件下的寿命。 热载流子注入效应HCI （hot carrier injection） 随着芯片尺寸的减小，芯片的供电电压、工作电压并没有相应减少很多，所以相应的电场强度增加了，导致了电子的运动速率增加。当电子的能 量足够高的时候，就会离开硅衬底，隧穿进入栅氧化层，从而改变阈值电压。这种效应会增加NMOS的 阈值电压，减小PMOS的阈值电压。并影响其它的参数包括VT、gm，St，Idsat等，并产生长期的可靠性问题。 热载流子退 化效应(HCE)载流子在强场强的作用下能量大大增加,其等 效温度Te超过晶格温度T时的载流子称为热载流子.热载流子的注入引起MOS器件性能退化,如热载流子能量较高,有可能穿过SiO2界面形成栅电 流 应力迁移 SM （Stress migration） 一直以来公认电迁移是一个很大的问题 ,但是在 1 984年的《国际可靠性物理论丛》(International Reliability Physics Symposium) ,初次报告了一种和电迁移不同的新的不良类型,配线不通电 ,只在高温 (约 1 0 0℃以上 )放置就会出现断线 ,主要原因是金属配线 (Al)和绝缘膜 (Si O2 )的热膨胀率相差很大 (d A1 =2 .5× 1 0 7/ K,d Si O2 =0 .5× 1 0 6/ K) ,从而引起热应力缺陷 ,应力迁移由此而被命名. 8 y: L3 H& J8 u

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导致电迁移的直接原因是金属原子的移动