微電子器件的可靠性分析

楊丹鳳 湖南省長(zhǎng)沙市第一中學(xué)

當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)得到飛速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了科技的創(chuàng)新，隨著科技水平的提高，電子信息技術(shù)處理的效率也得到了提高，微電子器件的體積越來(lái)越小，微電子器件的可靠性問(wèn)題已經(jīng)成為了這種技術(shù)的主要問(wèn)題，微電子器件的可靠性受到嚴(yán)重的影響。影響的因素一般分為以下幾種，柵氧化層、熱載流子、金屬化、靜電放電等。目前人們認(rèn)識(shí)到了微電子技術(shù)的重要性，國(guó)家加大了對(duì)微電子技術(shù)資金和技術(shù)的投入力度，在微電子技術(shù)的研究方面，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距正在逐漸縮小，但是在一些主要的技術(shù)研究領(lǐng)域還有待提高。

1 影響微電子器件可靠性的主要因素

1.1 熱載流子效應(yīng)

電路中主要失效模式的一種就是熱載流子效應(yīng)，熱載流子會(huì)導(dǎo)致微電子器件可靠性出現(xiàn)問(wèn)題，這一問(wèn)題是在超大規(guī)模的電路中存在的，由于柵氧化層厚度、結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度在不斷的減少，而漏端電子的強(qiáng)度在不斷的增強(qiáng)，于是就會(huì)產(chǎn)生可靠性問(wèn)題。

因?yàn)闊彷d流子的應(yīng)用，這樣就改變了器件氧化層中的電荷分布情況，長(zhǎng)此以往，器件的性能就會(huì)發(fā)生改變，逐漸影響器件的使用壽命。熱載流子的應(yīng)用還會(huì)影響集成電路的集成度和電路的可靠性。如果電壓是穩(wěn)定的，柵電流就會(huì)隨著時(shí)間的增加而減少。

1.2 金屬化電轉(zhuǎn)移

電轉(zhuǎn)移是一種物理現(xiàn)象，在電流很大的狀況下，金屬原子就會(huì)發(fā)生擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，電流的流動(dòng)方向正好與電子轉(zhuǎn)移的方向一樣。由于電子轉(zhuǎn)移問(wèn)題的存在，電流就會(huì)源源不斷的進(jìn)行擴(kuò)散，一般情況下擴(kuò)散的方向是陰極向陽(yáng)極轉(zhuǎn)移。時(shí)間久了，就會(huì)在陰極形成空洞，陽(yáng)極則會(huì)發(fā)生原子的積累。導(dǎo)電體的面積越小，空洞和積累的過(guò)程就會(huì)加速進(jìn)行，這樣器件就非常容易失效。

直流電流的作用下發(fā)生電轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，這是在金屬中離子發(fā)生位置改變而產(chǎn)生的，發(fā)生電轉(zhuǎn)移現(xiàn)象時(shí)，電阻值的線性就會(huì)增加，當(dāng)增加到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)空洞，這個(gè)空洞是金屬膜發(fā)生局部虧損而產(chǎn)生的。它還可能使金屬膜局部累積而產(chǎn)生小丘，這樣就會(huì)造成電流的短路，嚴(yán)重影響集成電路的使用年限。器件可能向亞微米和深亞微米的方向發(fā)展，這時(shí)金屬連線的長(zhǎng)度會(huì)不斷的減少，電流的密度卻不斷的增長(zhǎng)，更容易發(fā)生電轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。

1.3 柵氧化層的擊穿

集成電路的細(xì)化是微電子器件的發(fā)展方向，柵氧化層的發(fā)展方向與之相似，向薄膜方向發(fā)展。電源的電壓不能下降，電磁強(qiáng)度也非常高，這樣就對(duì)柵氧化層的性能提出了新的挑戰(zhàn)。電氧化層的性能不優(yōu)越就會(huì)使器件參數(shù)不穩(wěn)定，在電壓較大，電流激增的情況下，就有可能發(fā)生柵氧化層被擊穿的現(xiàn)象。

1.4 靜電放電

在傳統(tǒng)微電子器件中，靜電放電的影響非常小，人們基本上很難察覺(jué)，但是在微電子器件中，會(huì)由于靜電放電電流、靜電電場(chǎng)問(wèn)題的存在引發(fā)失效問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)復(fù)位、鎖死、數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重影響設(shè)備可靠性，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生損壞。

2 提高微電子器件可靠性的主要措施

界面效應(yīng)是其中比較重要的方法之一。隨著熱電效應(yīng)的增加，器件的性能也在不斷的提高，這樣金屬與金屬，金屬與半導(dǎo)體之間的界面擴(kuò)散范圍就會(huì)增加，也有可能會(huì)形成金屬高阻化合物，上層的金屬可能會(huì)穿越阻擋層使器件發(fā)生漏電現(xiàn)象，金屬插過(guò)半導(dǎo)體可能會(huì)發(fā)生短路現(xiàn)象，所以界面現(xiàn)象成為當(dāng)前必須解決的問(wèn)題之一。

合金效應(yīng)是改善金屬化問(wèn)題的一種方法。在微電子器件中，金屬化系統(tǒng)工藝雖然比較的簡(jiǎn)單，但是比較成熟，價(jià)格還比較低，因此這種方法經(jīng)常被使用，但是其中的一大難題就是容易發(fā)生電轉(zhuǎn)移。為了改善電子器件的使用年限，在器件中加入一定量的材料，這樣就可以改進(jìn)電子轉(zhuǎn)移的壽命。

覆蓋效應(yīng)是另一種改善金屬化的一大措施。介質(zhì)應(yīng)該覆蓋在金屬的薄膜上，這樣做的好處有很多，例如，可以提高設(shè)備的抗劃傷性、抗腐蝕性、抗電轉(zhuǎn)移、抗電流浪涌和抗離子沾污能力等，還可以對(duì)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善?？傊橘|(zhì)覆蓋使薄膜的抗電轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)。

回流效應(yīng)也是改善金屬化的措施。從理論上講，總有一天，回流和電子將會(huì)完全抵消，這是一種理想化的狀態(tài)，它會(huì)使凈離子的轉(zhuǎn)移量為零，這樣就可以減少電離子的轉(zhuǎn)移量，提高金屬化的可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，微電子器件可靠性的影響有多種，我們要根據(jù)實(shí)際情況采取必要的措施提高器件的可靠性，可以利用溝通道長(zhǎng)度減少的方法，減少氧化層厚度的方法，減少熱載流子效應(yīng)的方法，改善微電子的可靠性。還可以建立防靜電環(huán)境，改善微電子的可靠性。

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