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面向存储芯片的先进工艺中金属互连可靠性从电迁移到应力迁移的寿命评估.docx
资料介绍
面向存储芯片的先进工艺中金属互连可靠性从电迁移到应力迁移的寿命评估
——从Black方程到多物理场仿真的互连寿命预测
引言
金属互连的可靠性是存储芯片长期可靠性的关键制约因素。在DRAM和NAND闪存中，金属互连的电流密度随工艺微缩而增大，电迁移和应力迁移导致的互连失效日益突出。电迁移是金属原子在电子风力作用下迁移，在阴极形成空洞，在阳极形成堆积。应力迁移是金属在热应力作用下迁移，在应力集中区域形成空洞。本文系统分析面向存储芯片的先进工艺中金属互连可靠性评估方法，从电迁移到应力迁移的寿命预测技术。
电迁移失效机理
电迁移的物理过程
电迁移是金属原子在电子风力作用下的定向迁移：
1. 电子风力：高速运动的电子与金属原子碰撞，将动量传递给原子，推动原子沿电子流方向迁移。
2. 原子扩散：原子沿晶界、界面和表面扩散，晶界扩散是主要的扩散路径。
3. 空洞形成与生长：在原子迁移的源头，空位聚集形成空洞，空洞生长导致互连电阻增大，最终导致开路。
电迁移的关键参数
电迁移寿命的关键影响因素：
1. 电流密度：电迁移的失效时间与电流密度的n次方成反比，n值约1至2。
2. 温度：电迁移的失效时间与温度呈Arrhenius关系，活化能Ea约0.5eV至1.0eV。
3. 互连结构：互连的宽度、厚度和晶粒尺寸影响电迁移寿命，大晶粒的互连寿命更长。
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