1、隨著電子產(chǎn)品不斷向微型化和高性能化發(fā)展,導致金屬微互連結(jié)構(gòu)的電流密度急劇增加,極易引起電遷移誘致失效的可靠性問題。本文針對金屬微互連結(jié)構(gòu)的電遷移失效問題,提出考慮“電子風力”、溫度梯度、應(yīng)力梯度和原子濃度梯度共同作用下的多物理場耦合計算模型,并結(jié)合電遷移試驗,揭示微互連結(jié)構(gòu)在多場載荷交互作用下的遷移特性和失效特征,為金屬微互連結(jié)構(gòu)的設(shè)計和可靠性評價提供必要的理論和數(shù)值分析基礎(chǔ)。
　　 本文首先基于電遷移的基本理論,分析引起電遷移

2、失效的驅(qū)動機制；對基于互連引線電遷移失效提出的傳統(tǒng)原子通量散度有限元法進行改進,并分析和討論該方法的適用性及存在的問題。
　　 其次,綜合考慮“電子風力”、溫度梯度、應(yīng)力梯度和原子濃度梯度等驅(qū)動機制,通過加權(quán)余量法對電遷移演化方程進行求解,導出原子濃度重分布迭代方程；通過ANSYS電-熱-結(jié)構(gòu)耦合分析獲得模型的電流密度分布、溫度分布和應(yīng)力分布,基于FORTRAN編寫的原子濃度重分布算法獲得不同時刻的原子濃度,依據(jù)空洞/小丘形成和

3、擴展失效準則電遷移動態(tài)空洞演化進行模擬并獲得失效壽命。將該算法分別應(yīng)用于SWEAT結(jié)構(gòu)和CSP結(jié)構(gòu),并將模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進行比較,驗證了算法的可靠性和精度；研究原子濃度梯度對電遷移失效的影響,發(fā)現(xiàn)其對電遷移起抑制作用,不考慮原子濃度梯度項將會低估電遷移的失效壽命；建立電遷移靈敏度分析方程及其相應(yīng)的數(shù)值算法,考慮設(shè)計變量為激活能、初始自擴散系數(shù)和材料力學性能參數(shù)等對互連焊球結(jié)構(gòu)進行電遷移靈敏度分析,結(jié)果表明,互連焊球的電遷移對激活能非常

4、敏感,材料力學性能參數(shù)對電遷移影響最小。
　　 進一步,分別對0.18μm功率器件工藝的Al互連直線結(jié)構(gòu)和Al互連通孔結(jié)構(gòu)在不同溫度和不同電流條件下進行標準晶圓級電遷移加速試驗和封裝級電遷移試驗,獲得電遷移失效壽命；并通過掃描電鏡觀察其電遷移失效后的微觀形貌,分析其失效機理；基于提出的原子濃度積分算法分別對試驗結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬和壽命預測,并將數(shù)值結(jié)果與試驗結(jié)果進行比較。結(jié)果表明:原子濃度積分算法可以準確預測出空洞失效的位置,并預