微电子产品可靠性(ppt 100页)_10375

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小结:半导体器件金属电极系统的主要失效机理
⒈蒸发自掩蔽效应造成氧化层台阶处金属膜的断路； ⒉因电迁移造成金属电极系统表面出现小丘、空洞、 晶须造成开路或短路。 ⒊金属与硅的共熔,导致硅表面出现腐蚀坑,使eb结 特性变软,甚至穿通； ⒋温度循环过程中,金属膜表面再结构造成表面粗糙 化,出现小丘,在变薄处加速了电迁移现象的发生； ⒌高温下,电极金属与SiO2相互作用,使金属膜变薄， SiO2受到侵蚀,造成极间短路或开路； ⒍潮湿气氛下,电极系统的电化学腐蚀现象造成极间 开路；
Q＝CV＝常数
❖ 若电偶层厚度为10-8cm（1A ），接触电势为 0.01V时，则分离1cm，静电势可达106V；实际上 静电势远小于此值，因为两物体分开时，总有些电 子要越过接触面而复合，所以残存的电荷量取决于 分开速度。
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3.3.2 静电源 一，构成对半导体器件损伤的各种静电源
对半导体电路产生影响的静电源主要有绝缘体、人 造材料和人体，其中人体是最重要的静电源。 1 人体是最重要的静电源 ❖ 人体接触面广，活动范围大，很容易与带有静电荷 的物体接触或摩擦而带电；同时也有许多机会将人体 自身所带的电荷转移到电路上或者通过电路放电； ❖ 人体与地之间的电容较小，少量的静电荷转移到人 体上，可导致很高的静电势( ∵ Q = CV )； ❖ 人体的电阻较低，处于静电场中容易感应起电；
10次循环每次15分钟)
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2，低温多循环再结构―电极温度低、变化大， 变化次数多。 ⑴ 特点：金属化表面粗糙不平，出现皱纹；
⑵ 皱纹产生原因：压缩疲劳引起的塑性形变；
⑶ 后果：使Al膜的晶粒长大，变胖，长出晶 瘤，常常是短间距的金属化器件极间瞬时短 路的主要原因之一。
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一，产生静电的过程
1, 摩擦产生静电 ❖因两种物质摩擦或接触后又快速分离而产生静电的 过程称为摩擦生电； ❖两种材料表面单位体积所含可动电荷密度不等，或 者说两种不等电子化学势或费米能级的材料相接触， 则电子从化学势高的材料运动到低的材料，接触处便 形成了电偶层，一般接触电势差为 0.01V～0.1V。
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三，防止表面再结构的ຫໍສະໝຸດ 施1,提高蒸发时的衬底温度以增大晶粒直径， 可以减弱以至完全防止高温少循环再结构； 2,薄膜合金化，可以增加膜的降服强度，滞 缓金属的流动； 3,铝膜上覆盖 PECVD SiO2，可大大减小铝 与SiO2(或Si)之间膨胀系数之差和铝的线膨胀 系数，这对防止两种再结构都很有效。
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静电效应
3.3 静电效应 3.3.1 静电的产生
静电的产生主要有两种形式，即摩擦产生静电和感 应产生静电。
静电产生的两种形式
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2 感应产生静电 当一个导体靠近带电体时，会受到该带电体形成的
静电场的作用，在靠近带电体的导体表面感应出异种 电荷，远离带电体的表面出现同种电荷。尽管这时导 体所带净电荷量仍为零，但出现了局部带电区域，这 一过程称为感应生电； ❖ 显然，非导体不能通过感应产生静电。 ❖ 静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓 度密切相关：在相对湿度高的场合静电势较低；在相 对湿度低的场合静电势就高。空气纯净的场所内，由 于离子浓度低，所以静电更易产生。
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大晶粒(8μ)的1mil宽Al膜在低温 (∆T=70℃)36000次电脉冲作用下表面再结构的SEM照片
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SiO2上小晶粒(<1μm)Al膜高温少循环表面再结构的SEM照 片
左图为热处理前,右图为热处理后(∆T=400℃,
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二 摩擦生电的电势
摩擦生电主要发生在绝缘体之间，由于绝缘体不 能把所产生的电荷迅速分布到物体整个表面，或迅 速传给它所接触的物体，所以能产生相当高的静电 势； 1,两种物体摩擦时，接触点增加，接触面积大，接 触和分离几乎同时进行，分离速度快，残存的电荷 量多，所以，产生的电势高。 2,两种不同组合的材料，摩擦后产生静电势的高低 是不同的，各种材料，按其相互摩擦后产生的电势 高低可以排成次序:
当两种不同材料的物体接触后又迅速分开时，电子 来不及跑回原材料，则电子化学势高的材料将荷正电， 反之荷负电，这即静电产生的原因。
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2,若接触物体理想地分离，即无任何电子在分离瞬 间越过接触面而复合，则在分开过程中
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常见材料磨擦生电顺序表
❖ 排在前面的材料与排在后面的材料相互摩擦时，前 者带正电，后者带负电； ❖同种材料与不同材料相互摩擦时，所带电荷的极性 可能不同，如玻璃棒与棉相摩擦，玻棒带正电，棉带 负电；而棉和硅片相摩擦，则棉带正电，硅片带负电。