電遷移通常是指在電場作用下使金屬離子發生遷移的現象。分別為發生在相鄰導體表面的如常見的銀離子遷移和發生在金屬導體內部的金屬化電子遷移。
基本介紹
- 中文名：電遷移
- 外文名：Electromigration
- 拼音：diànqiān yí、
- 注音：ㄉㄧㄢˋㄑㄧㄢ ㄧˊ
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電遷移原理
當器件工作時，金屬互連線內有一定電流通過，金屬離子會沿導體產生質量的輸運，其結果會使導體的某些部位產生空洞或晶須(小丘)，這就是電遷移現象。
產生電遷移失效的原因
內因：薄膜導體內結構的非均勻性(多晶)；
外因：電流密度變大；
影響因素
q布線幾何形狀的影響
q熱效應
q晶粒大小
q介質膜q
合金效應
q脈衝電流
抗電遷移措施
q設計
版圖設計、熱設計、散熱器
q工藝
膜損傷、晶粒尺寸、台階
q材料
Si-Cu－Al合金、Cu
q多層結構，以金為基的多層金屬化層q 覆蓋介質膜
Al2O3、Si3N4等能抑制表面擴散，壓強效應和熱沉效應。
失效形式
- 短路
- 斷路
- 參數退化
銀離子遷移
簡介
銀離子遷移或簡稱銀遷移(Silver Migration)現象是指在存在直流電壓梯度的潮濕環境中，水分子滲入含銀導體表面電解形成氫離子和氫氧根離子：
H2O→H++OH-
銀在電場及氫氧根離子的作用下，離解產生銀離子，並產生下列可逆反應：
在電場的作用下，銀離子從高電位向低電位遷移，並形成絮狀或枝蔓狀擴展，在高低電位相連的邊界上形成黑色氧化銀。通過著名的水滴試驗可以很清楚地觀察到銀遷移現象。水滴試驗十分簡單，在相距很近的含銀的導體間滴上水滴，同時加上直流偏置電壓就可以觀察到銀離子遷移現象。筆者試驗中導體間距為偏置電壓為5V。加蒸餾水滴樣品起始電流為0．08mA，20min後銀遷移發生形成導通。加自來水滴時起始電流為0．15mA，10min後形成導通。在厚膜電路陶瓷基板上，和PCB上均可觀察到銀遷移現象。
銀離子的遷移會造成無電氣連線的導體間形成旁路，造成絕緣下降乃至短路。除導體組份中含銀外，導致銀遷移產生的因素還有：基板吸潮；相鄰近導體間存在直流電壓，導體間隔愈近，電壓愈高愈容易產生；偏置時間；環境濕度水平；存在離子或有沾污物吸附；表面塗覆物的特性等。
特徵
銀遷移造成旁路引起失效有以下特徵：
在高濕存在偏壓的情況下產生；銀離子遷移發生後在導體間留下殘留物，在乾燥後仍存在旁路電阻，但其伏-安特性是非線性的，同時具有不穩定和不可重複的特點。這與表面有導電離子沾污的情況相類似。
銀遷移是一個早已為業界所熟知的現象，是完全可預防的：在布局、布線設計時避免線間距相鄰導體間直流電位差過高；製造表面保護層避免水汽滲入含銀導體。對產品使用環境特別嚴酷的(如接近100%RH，85℃)可將整個電路板浸封或塗覆來進行保護。此外，焊接後清洗基板上助焊劑殘留物，亦可防止表面有導電離子沾污。
金屬化電遷移
直流電流通過導體時，金屬中產生的質量輸運現象就稱為金屬化電遷移，即金屬中的離子遷移。自1966年發現Al膜電遷移是矽平面器件的一個主要失效原因以來，對器件中金屬化電遷移現象就進行了廣泛而深入的研究。
金屬是晶體，在晶體內部金屬離子按序排列。當不存在外電場時，金屬離子可以在晶格內通過空位而變換位置，這種金屬離子運動稱為自擴散。因為任一靠近鄰近空位的離子有相同的機率和空位交換位置，所以自擴散的結果並不產生質量輸運。當有直流電流通過金屬導體時，由於電場的作用就使金屬離子產生定向運動，即金屬離子的遷移現象。電遷移伴隨著質量的輸運。 所謂金屬電遷移失效，通常是指金屬層因金屬離子的遷移在局部區域由質量堆積(Pileup)而出現小丘(Hillock s)或品須，或由質量虧損出現空洞(Voids)而造成的器件或互連性能退化或失效。通常在高溫、強電場下引起。不同的金屬產生金屬化電遷移的條件是不同的。
