微電子器件的可靠性分析

楊丹鳳 湖南省長沙市第一中學

當今世界經濟得到飛速發展，經濟的發展帶動了科技的創新，隨著科技水平的提高，電子信息技術處理的效率也得到了提高，微電子器件的體積越來越小，微電子器件的可靠性問題已經成為了這種技術的主要問題，微電子器件的可靠性受到嚴重的影響。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。目前人們認識到了微電子技術的重要性，國家加大了對微電子技術資金和技術的投入力度，在微電子技術的研究方面，我國與發達國家的差距正在逐漸縮小，但是在一些主要的技術研究領域還有待提高。

1 影響微電子器件可靠性的主要因素

1.1 熱載流子效應

電路中主要失效模式的一種就是熱載流子效應，熱載流子會導致微電子器件可靠性出現問題，這一問題是在超大規模的電路中存在的，由于柵氧化層厚度、結構、長度在不斷的減少，而漏端電子的強度在不斷的增強，于是就會產生可靠性問題。

因為熱載流子的應用，這樣就改變了器件氧化層中的電荷分布情況，長此以往，器件的性能就會發生改變，逐漸影響器件的使用壽命。熱載流子的應用還會影響集成電路的集成度和電路的可靠性。如果電壓是穩定的，柵電流就會隨著時間的增加而減少。

1.2 金屬化電轉移

電轉移是一種物理現象，在電流很大的狀況下，金屬原子就會發生擴散轉移，電流的流動方向正好與電子轉移的方向一樣。由于電子轉移問題的存在，電流就會源源不斷的進行擴散，一般情況下擴散的方向是陰極向陽極轉移。時間久了，就會在陰極形成空洞，陽極則會發生原子的積累。導電體的面積越小，空洞和積累的過程就會加速進行，這樣器件就非常容易失效。

直流電流的作用下發生電轉移現象，這是在金屬中離子發生位置改變而產生的，發生電轉移現象時，電阻值的線性就會增加，當增加到一定程度時，就會出現空洞，這個空洞是金屬膜發生局部虧損而產生的。它還可能使金屬膜局部累積而產生小丘，這樣就會造成電流的短路，嚴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展，這時金屬連線的長度會不斷的減少，電流的密度卻不斷的增長，更容易發生電轉移現象。

1.3 柵氧化層的擊穿

集成電路的細化是微電子器件的發展方向，柵氧化層的發展方向與之相似，向薄膜方向發展。電源的電壓不能下降，電磁強度也非常高，這樣就對柵氧化層的性能提出了新的挑戰。電氧化層的性能不優越就會使器件參數不穩定，在電壓較大，電流激增的情況下，就有可能發生柵氧化層被擊穿的現象。

1.4 靜電放電

在傳統微電子器件中，靜電放電的影響非常小，人們基本上很難察覺，但是在微電子器件中，會由于靜電放電電流、靜電電場問題的存在引發失效問題，導致設備出現復位、鎖死、數據丟失的問題，對設備的正常運行產生不利影響，嚴重影響設備可靠性，導致設備發生損壞。

2 提高微電子器件可靠性的主要措施

界面效應是其中比較重要的方法之一。隨著熱電效應的增加，器件的性能也在不斷的提高，這樣金屬與金屬，金屬與半導體之間的界面擴散范圍就會增加，也有可能會形成金屬高阻化合物，上層的金屬可能會穿越阻擋層使器件發生漏電現象，金屬插過半導體可能會發生短路現象，所以界面現象成為當前必須解決的問題之一。

合金效應是改善金屬化問題的一種方法。在微電子器件中，金屬化系統工藝雖然比較的簡單，但是比較成熟，價格還比較低，因此這種方法經常被使用，但是其中的一大難題就是容易發生電轉移。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，這樣就可以改進電子轉移的壽命。

覆蓋效應是另一種改善金屬化的一大措施。介質應該覆蓋在金屬的薄膜上，這樣做的好處有很多，例如，可以提高設備的抗劃傷性、抗腐蝕性、抗電轉移、抗電流浪涌和抗離子沾污能力等，還可以對微觀結構進行改善。總之，介質覆蓋使薄膜的抗電轉移能力增強。

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

3 結束語

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

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