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再构现象会导致铝膜电阻增大或器件内部出现瞬间短路

发布时间:2019/4/20 19:34:17 访问次数:933

  AA2214QWS/D

  

   由于如PSG、Al2 03或Si。N14等介质膜能抑制表面扩散、压强效应和热沉效应的综合影响,延长铝条的中位寿命。

    当铝条宽度缩减到3肚m以下时,经过温度循环或高温处理,也会发生铝条开路断裂的 失效。这时空洞多发生在晶粒边界处,这种开路失效叫应力迁移,与通电后铝条产生电迁 移的失效相区别。铝条越细,应力迁移失效越严重。

   铝条经过热循环或脉冲功率老化后,表面变得十分粗糙甚至发黑,在扫描电镜下可看到铝表面出现许多小丘、晶须或皱纹等,这就是铝表面的再构。再构现象会导致铝膜电阻增大或器件内部出现瞬间短路,也可引起某些地方电流密度增大,从而加速电迁移的发生。

   当老化温度增加时,应力失效速度增加,其激活 能约为0. 35~0. 6eV,温度超过300℃时,失效率又会下降。失效速度与铝条尺寸的关系 密切,应力迁移的寿命正比于线宽的2~3次方和厚度的4~5次方。所以电路集成度提高 时应力迁移将变得严重。硅一铝合金条中含有氮及硅的析出可促进空洞的形成,硅一铝中加 0.1%的铜或铝条上覆以W、TiN及TiW等耐熔材料可减缓空洞的形成,但难熔材料的电 阻率较高,抗电迁移能力也较差。在尺寸继续缩小时也会引起问题,根本问题在于把铝条 中应力降低至一个安全水平,这可通过改进钝化层的淀积过程或用单晶铝制作互连线实 现,这样既可解决应力迁移及电迁移的问题又可保证高的导电性。

   铝的再构是由其承受的热应力引起的,铝层厚度约llum,比其衬底硅片(200ljLm)要薄得多,而铝的线热膨胀系数(23.6 X 10-6/℃)比硅(3.3×10-6/℃)和二氧化硅(0.5×10-6/℃)的都大,因此器件在高温时,铝膜将受到压应力,而冷却时又受到张应力。在热循环过程中,这种热应力变化使铝表面产生小丘、晶须、空洞或皱纹。因此热循环的温度差越大,铝膜所受的应力也越大,再构现象也越严重。在铝中掺铜,增大铝条晶粒尺寸以及覆盖Si02等介质膜,可使铝的再构现象减少甚至避免,提高器件抗热循环能力。应力迁移的原因,早期认为是铝中含氧使之易碎,或材料的类似蠕变现象所致。目前一般认为是铝条较窄,其晶粒直径玎能与条宽相比拟,其上、下两侧受介质膜( Si02、Si。Ni。)的影响而存在拉伸(或压缩)应力。在温度作用下,为缓和这种应力,铝原子可发生错位、滑动等移动,致使某些位置产生空洞,直至断条。当铝条上不覆盖钝化层或覆以性能柔软的涂层(如有机树脂)时,未发现铝条有这种应力失效,所以应力的形成主要来源于铝条的上、下两侧各介质膜层的热失配。

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   由于如PSG、Al2 03或Si。N14等介质膜能抑制表面扩散、压强效应和热沉效应的综合影响,延长铝条的中位寿命。

    当铝条宽度缩减到3肚m以下时,经过温度循环或高温处理,也会发生铝条开路断裂的 失效。这时空洞多发生在晶粒边界处,这种开路失效叫应力迁移,与通电后铝条产生电迁 移的失效相区别。铝条越细,应力迁移失效越严重。

   铝条经过热循环或脉冲功率老化后,表面变得十分粗糙甚至发黑,在扫描电镜下可看到铝表面出现许多小丘、晶须或皱纹等,这就是铝表面的再构。再构现象会导致铝膜电阻增大或器件内部出现瞬间短路,也可引起某些地方电流密度增大,从而加速电迁移的发生。

   当老化温度增加时,应力失效速度增加,其激活 能约为0. 35~0. 6eV,温度超过300℃时,失效率又会下降。失效速度与铝条尺寸的关系 密切,应力迁移的寿命正比于线宽的2~3次方和厚度的4~5次方。所以电路集成度提高 时应力迁移将变得严重。硅一铝合金条中含有氮及硅的析出可促进空洞的形成,硅一铝中加 0.1%的铜或铝条上覆以W、TiN及TiW等耐熔材料可减缓空洞的形成,但难熔材料的电 阻率较高,抗电迁移能力也较差。在尺寸继续缩小时也会引起问题,根本问题在于把铝条 中应力降低至一个安全水平,这可通过改进钝化层的淀积过程或用单晶铝制作互连线实 现,这样既可解决应力迁移及电迁移的问题又可保证高的导电性。

   铝的再构是由其承受的热应力引起的,铝层厚度约llum,比其衬底硅片(200ljLm)要薄得多,而铝的线热膨胀系数(23.6 X 10-6/℃)比硅(3.3×10-6/℃)和二氧化硅(0.5×10-6/℃)的都大,因此器件在高温时,铝膜将受到压应力,而冷却时又受到张应力。在热循环过程中,这种热应力变化使铝表面产生小丘、晶须、空洞或皱纹。因此热循环的温度差越大,铝膜所受的应力也越大,再构现象也越严重。在铝中掺铜,增大铝条晶粒尺寸以及覆盖Si02等介质膜,可使铝的再构现象减少甚至避免,提高器件抗热循环能力。应力迁移的原因,早期认为是铝中含氧使之易碎,或材料的类似蠕变现象所致。目前一般认为是铝条较窄,其晶粒直径玎能与条宽相比拟,其上、下两侧受介质膜( Si02、Si。Ni。)的影响而存在拉伸(或压缩)应力。在温度作用下,为缓和这种应力,铝原子可发生错位、滑动等移动,致使某些位置产生空洞,直至断条。当铝条上不覆盖钝化层或覆以性能柔软的涂层(如有机树脂)时,未发现铝条有这种应力失效,所以应力的形成主要来源于铝条的上、下两侧各介质膜层的热失配。

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