Физико-химические основы технологии электронных средств. Смирнов В.И. - 99 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

УлГТУ | Ульяновск

Составители: 

Рубрика: 

99
5.2. Электромиграция ионов в металлических проводниках
В процессе эксплуатации микросхем и других полупроводниковых при-
боров происходит деградация физико-химических свойств металлических про-
водников, что может привести к параметрическим (постепенным) или катаст-
рофическим (внезапным) отказам. Отказы, связанные с процессами, протекаю-
щими в металлических проводниках, являются основными для интегральных
микросхем в случае их использования при повышенных нагрузках (около 25 %
всех отказов). Причина отказов может состоять в
разрыве проводников на сту-
пеньках окисла, в коррозии металла, во
взаимодействии окисла с металлом при
локальных увеличениях температуры, разрыве проводников и нарушении кон-
такта с кремнием вследствие электромиграции ионов металла проводника.
Особую роль играет электромиграция – процесс переноса вещества про-
водника при высоких плотностях тока (более 5⋅10
4
А/см
2
при температурах вы-
ше 150 °С). Электромиграция возникает вследствие взаимодействия электро-
нов, движущихся в проводнике, с ионами металла, передаче им
импульса, в ре-
зультате чего ион перемещается в направлении движения электронов (увлека-
ется «электронным ветром»). Поскольку характер движения ионов в металле
представляет собой последовательность перескоков в соседние вакантные узлы,
то механизм этого процесса аналогичен механизму диффузии атомов в твердой
фазе, поэтому данный процесс часто называют электродиффузией.
В металлическом проводнике на термически возбужденный междоузель-
ный ион действую две противоположно направленных силы: сила F
z
со стороны
электрического поля в проводнике и сила F
e
, обусловленная увлечением иона
«электронным ветром». Результирующая сила F
i
будет равна
F
i
= (q
i
− enlσ)E ,
где q
i
− заряд иона; e − заряд электрона; n − концентрация электронов; l − длина
свободного пробега электронов; σ − сечение рассеяния электронов
на
междоузельных ионах; Е − напряженность поля в проводнике.
В результате экранирующего влияния электронов проводимости действие
электрического поля на ионы металла незначительно. Поэтому при повышен-
ных температурах и больших плотностях тока преобладает сила F
e
, под воздей-
ствием которой междоузельные ионы увлекаются «электронным ветром» и пе-
ремещаются в соседнюю вакансию преимущественно в
направлении движения
электронов. Ионы скапливаются у конца проводника с
высоким потенциалом,
образуя вдоль проводника кристаллиты в виде «бугорков», «усов» и так далее,
способные закоротить близко расположенные проводники. Вакансии движутся
в направлении конца проводника с низким потенциалом, в результате чего в
отдельных участках образуются пустоты, и, как следствие, разрывы металлиза-
ции.
Скорость электромиграции ионов v
i
в проводнике определяется выраже-
нием

Страницы