摘要：隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微電子產(chǎn)品憑借體積小、功能全、智能化等特點(diǎn)越來(lái)越受到市場(chǎng)的歡迎，與此同時(shí)微電子的可靠性也隨之被大家關(guān)心和重視，本文則對(duì)微電子器件的可靠性進(jìn)行了研究，得出微電子的可靠性受熱載流子、金屬化、靜電放電、柵氧化層等因素的影響，并針對(duì)這些原因，本文提出了相應(yīng)的解決措施，旨在提高微電子器件的可靠性。

　　關(guān)鍵詞：微電子器件;可靠性;熱載流子;靜電放電

　　0引言

　　隨著電子科技的不斷發(fā)展，在微電子技術(shù)的支撐下，微電子產(chǎn)品受到了消費(fèi)者的廣泛喜愛(ài)，電子器件在體積上逐漸縮小，這對(duì)電子器件的可靠性帶來(lái)了一定影響，以靜電放電為例，微電子器件很容易受到靜電的影響而造成失效。基于此在微電子器件可靠性方面我國(guó)對(duì)其給予了高度重視，但是與國(guó)際技術(shù)水平相比還存在著一定差距，這也是我國(guó)微電子技術(shù)努力和發(fā)展的方向。

　　推薦期刊：《微電子學(xué)》是技術(shù)類期刊。傳播、普及、推廣 微電子科學(xué)技術(shù)知識(shí)，介紹國(guó)內(nèi)微電子行業(yè)的最新研究成果和國(guó)外微電子業(yè)界的發(fā)展動(dòng)態(tài)。有關(guān)微電子學(xué)基礎(chǔ)理論，微電子器件與電路, 集成電路，半導(dǎo)體工藝和制造技術(shù)，集成電路封裝技術(shù)，多芯片組件技術(shù)，集成電路可靠性技術(shù)，片上系統(tǒng)，集成系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究論文、技術(shù)報(bào)告、綜合評(píng)述、產(chǎn)品應(yīng)用等內(nèi)容。該刊重點(diǎn)檢索刊物、數(shù)據(jù)庫(kù)、期刊網(wǎng)站所收錄，是中國(guó)核心期刊之一。

　　1影響微電子器件可靠性的主要因素

　　影響微電子器件可靠性的因素很多，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)和分析證明，影響微電子器件可靠性的主要因素有四點(diǎn)，分別是熱載流子效應(yīng)、柵氧化層及柵氧擊穿、金屬化及電遷移、靜電放電四種因素。

　　1.1熱載流子效應(yīng)

　　1.1.1熱載流子效應(yīng)對(duì)器件的影響

　　熱載流子效應(yīng)是造成微電子器件損傷最常見(jiàn)的原因，隨著集成電路的廣泛使用，柵氧化層的厚度和結(jié)構(gòu)都在減小，這樣會(huì)導(dǎo)致漏端的電磁場(chǎng)增加，熱載流子效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致微電子器件閥值電壓漂移，增加微電子器件的不穩(wěn)定因素。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電器失效。

　　具體而言，熱載流子效應(yīng)對(duì)微電子有兩個(gè)方面的影響。一是縮短微電子器件的使用壽命，將熱載流子注入到電器中，會(huì)影響電荷的分布情況，致使器件發(fā)生退化，加快器件的老化速度。其次，熱載流子效應(yīng)會(huì)對(duì)器件的場(chǎng)效應(yīng)管MOS集成電路造成影響，從而影響到整個(gè)器件的穩(wěn)定性。

　　1.1.2熱載流子效應(yīng)引起的失效現(xiàn)象

　　(1)雪崩倍增效應(yīng)。所謂的雪崩倍增效應(yīng)就是當(dāng)電離子碰撞過(guò)于頻繁，會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，并在瞬間釋放大量的電子-空穴對(duì)，這種現(xiàn)象叫做雪崩倍增效應(yīng)。在微電子器件中，夾斷區(qū)有較強(qiáng)的電場(chǎng)，這時(shí)，通過(guò)夾斷區(qū)的載流子在電場(chǎng)的影響下就會(huì)提高移動(dòng)速度，形成熱載流子。當(dāng)熱載流子與價(jià)電子頻繁碰撞，就容易形成雪崩倍增效應(yīng)。

　　(2)閥值電壓漂移。當(dāng)夾斷區(qū)形成熱載流子時(shí)，也有可能與聲子發(fā)生碰撞，此時(shí)，熱載流子會(huì)改變方向，直接注入到柵氧化層中，這一部分的熱載流子會(huì)造成電器閥值電壓的變化，從而影響到整個(gè)電器的使用。

　　1.2金屬化及電遷移

　　電遷移是一種物理現(xiàn)象，是指在強(qiáng)電流的影響下，金屬原子會(huì)發(fā)生移動(dòng)遷移。電遷移中，原子的運(yùn)動(dòng)是指向性的，其運(yùn)動(dòng)方向和電流方向一致，這使得金屬原子會(huì)不斷從電子陰極向電子陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，并在陰極形成空洞，而在陽(yáng)極的地方發(fā)生原子堆積現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致電截面積縮小，從而加速運(yùn)行，最終造成電器失效。

　　電遷移的發(fā)生條件是在直流電流的使用情況下，金屬的離子會(huì)發(fā)生指向性運(yùn)動(dòng)。具體表現(xiàn)為電阻值的增加。隨著離子的不斷運(yùn)動(dòng)，金屬膜在局部會(huì)形成空洞，或者在局部會(huì)形成堆積，出現(xiàn)凸出，造成原有的電路發(fā)生短路，電器發(fā)生損傷，從而減少了電器的使用壽命，在微電子中，集成電路已經(jīng)是以亞微米或者更小的單位來(lái)計(jì)算，金屬連接的寬度也在逐漸的減少，更加容易造成金融電遷移現(xiàn)象。

　　1.3靜電放電

　　通常情況下，靜電放電的能量比較小，對(duì)傳統(tǒng)的微電子器件影響也比較小。但是隨著高密度微電子產(chǎn)品的廣泛使用，靜電放電也受到了科學(xué)家重視。在高密度微電子器件中，靜電放電所釋放出的電場(chǎng)和電流也會(huì)對(duì)其造成損傷，通常變現(xiàn)為器件數(shù)據(jù)受損或丟失，器件功能發(fā)生復(fù)位等，這對(duì)微電子器件的使用帶來(lái)嚴(yán)重影響。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在微電子產(chǎn)品中，由于靜電放電原因造成器件受損或失效的高達(dá)26%，已經(jīng)成為微電子器件的第一“殺手”。

　　在靜電放電中，最常見(jiàn)的表象就是直接損傷，釋放的電流會(huì)融化電器中的某個(gè)部位造成電器失效。微電子器件常暴露在靜電的環(huán)境下，器件也會(huì)受到影響，高電流下，會(huì)使器件的溫度上升，嚴(yán)重的會(huì)造成金屬融化，或氧化層擊穿。

　　1.4柵氧化層及柵氧擊穿

　　隨著MOS集成電路的發(fā)展，柵氧化層已經(jīng)朝微細(xì)化，薄膜化的趨勢(shì)發(fā)展，但是外部所使用的電流電壓卻沒(méi)有降低，較高的電場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有改變。但是薄膜化的柵氧化層抗電性的能力卻在下降，一些抗擊穿性差的集成電路會(huì)出現(xiàn)參數(shù)不穩(wěn)的現(xiàn)象，直接造成漏電、閥電壓漂移、柵氧化層擊穿等，嚴(yán)重影響了微電子器件的使用。

　　2提高微電子器件可靠性的主要措施

　　2.1抑制熱載流子效應(yīng)的措施

　　在集成電路設(shè)計(jì)中，通常會(huì)減小溝通道長(zhǎng)度或者減小氧化層厚度來(lái)增加集成電路的運(yùn)算速度，但這些設(shè)計(jì)又容易造成熱載流子效應(yīng)，為了減少熱載流子的影響，可采取以下措施：首先是減小漏接附近的電場(chǎng)，改善集成電路使用的環(huán)境，降低其發(fā)生的可能性。其次在減小氧化層厚度的同時(shí)，可提高氧化層的質(zhì)量，通過(guò)干法氧化技術(shù)提高質(zhì)量，降低熱載流子截面，減少熱載流子的注入。最后，在電路的設(shè)計(jì)上，可以采用鉗位器件或者設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)，例如低摻雜漏等。

　　2.2改善金屬化引起可靠性問(wèn)題的方法

　　改善金屬化電遷移現(xiàn)象常見(jiàn)的方法有界面效應(yīng)、合金效應(yīng)等。所謂的界面效應(yīng)是指熱電應(yīng)力的增大，會(huì)使金屬與金屬或者金屬與半導(dǎo)體之間的界面擴(kuò)散，造成漏電、短路等現(xiàn)象，解決這一問(wèn)題最好的辦法就是在金屬與金屬之間或者金屬與半導(dǎo)體之間增加一層阻擋層。由于對(duì)熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定、化學(xué)性都有一定的要求，阻擋層材料應(yīng)使用高性能材料。其實(shí)此是合金效應(yīng)。在微電子器件中，Al金屬被廣泛使用，但由于Al金屬的特性，也極易造成點(diǎn)遷移現(xiàn)象。在使用的過(guò)程可以通過(guò)將Al金屬中加入適當(dāng)比例的Cu，以此來(lái)改進(jìn)Al膜的電遷移壽命。同時(shí)，也可以加入適當(dāng)比例的Si，以此來(lái)減小互溶，也就是采用Al-Si-Cu合金，改善電遷移現(xiàn)象。

　　2.3靜電放電防護(hù)措施

　　靜電放電防護(hù)措施很多，常見(jiàn)的有以下幾種方式。一是接地，就是將物體表面都連接一個(gè)固定的接地體，將靜電放電釋放的電流引到大地，從而減少靜電荷積累。二是安裝防靜電周轉(zhuǎn)箱，通過(guò)設(shè)備減少靜電放電。三是在生產(chǎn)微電子產(chǎn)品時(shí)，要求工作人員穿戴防靜電服裝，在使用時(shí)，可以在微電子產(chǎn)品上噴涂防靜電劑。

　　2.4改善柵氧化層擊穿影響器件可靠性的措施

　　柵介質(zhì)的擊穿現(xiàn)象主要是由于所積累的正電荷，為了解決這一問(wèn)題，可以在柵介質(zhì)適當(dāng)?shù)募尤隢，用來(lái)提高柵介質(zhì)的抗擊穿能力。這主要是因?yàn)槔�用補(bǔ)償功能，具體而言是其具有補(bǔ)償氧化物陷阱的作用。

　　3結(jié)論

　　通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，影響微電子器件可靠性的因素主要有熱載流子效應(yīng)、柵氧化層、金屬化電遷移以及靜電放電，現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)還無(wú)法達(dá)到完全保障微電子器件的可靠性，但是可以針對(duì)以上原因采取相應(yīng)的措施，來(lái)改善微電子器件可靠性的情況。常用的辦法有：一是減少小溝通道長(zhǎng)度、減薄氧化層厚度以減少熱載流子效應(yīng)造成的電器損傷。二是增加阻隔層、使用金屬合金以減少金屬化及電遷移造成的電器損傷。三是改善電器使用環(huán)境，建立無(wú)靜電環(huán)境的方式減少靜電放電的影響。四是柵介質(zhì)加入適當(dāng)?shù)腘，以此來(lái)提高抗擊穿能力。

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