铝与硅产生的物理机制如下:

   (1)形成固溶体。铝在硅Q2006VH3中几乎不溶解,而硅在铝中有一定溶解度,在共晶点577℃时达到1.59%(原子比)最大。铝与硅反应是铝先与天然的so2层反应,穿透sio后让铝一硅接触,随后硅原子向铝中扩散并溶解,逐步形成渗透坑。

   (2)硅在铝中的电迁移。固体溶解在铝膜中的硅原子,由于分布不均匀,存在 浓度梯度,逐步向外扩散。如果有电流通过,电子的动能也可传递给硅原子,使其沿电子流方向移动,即产生电迁移。硅一铝界面不仅有质量传递还有动量传递,可引起PN结短路(如blPN晶体管的基区接触窗孔)。

   (3)铝在硅中热迁移。在高温、高的温度梯度和高电流密度区,铝―硅界面可发生铝的电热迁移。这种迁移通常沿PN结在si/S⒑2界面处硅表面进行,其温度梯度最大、热阻最小,路径最短处呈丝状渗入,形成通道;也可纵向进行,硅不断向铝中扩散,远离界面向铝表面迁移,同时在硅中留下大量空位,加剧Al―si接触处铝在硅中的电热迁移,使铝进入硅后的渗透坑变粗变深,形成合金钉,严重时可穿

越PN结使之短路。顺便指出:对于金,由于其与硅的共晶点仅377℃,当温度大于325℃时,金的电热迁移率比铝快,器件更易失效。所以一般情况下,不能使金膜与硅直接接触,中间必须加阻挡层。

   必须指出,铝一硅界面因局部电流集中出现热斑而发生的上述3个物理过程几乎同时发生,而且相互影响,加速器件失效。硅向铝中溶解,硅留下大量空位,加剧了硅在铝中的电热迁移;反过来,铝中空位浓度增加,又加剧了硅在铝中的扩散和电迁移。