最後更新:2026年10月8日測試・可靠度可靠度・劣化機制中國大陸:电迁移

電遷移是什麼

Electromigration

電遷移是半導體晶片金屬導線中流過高密度電流時,金屬原子因電子動量傳遞而沿電流方向移動的現象,是積體電路主要的可靠度劣化模式之一。

定義與原理

電遷移(Electromigration:EM)是半導體晶片的金屬導線(主要為銅)中流過高密度電流時,金屬原子因電子的動量傳遞而往電流流動方向移動的現象。結果會在陽極側形成小丘(hillock,金屬隆起),在陰極側形成空洞(void),引起導線電阻增加・短路・斷線,是積體電路主要的可靠度劣化模式之一。

隨著導線微縮,電流密度(A/cm²)呈指數增加,電遷移風險急遽上升。主要對策有以下3種。①阻障金屬(TaN/Ta):在銅與矽/Low-k 絕緣膜的介面設置阻障層,抑制銅原子擴散。②在銅中添加合金元素(Mn・Al 等):在銅導線中添加微量合金元素,抑制晶界擴散。③CoWP/CoWB 選擇性覆蓋層:在導線上表面選擇性沉積鈷系合金,防止銅從上表面介面擴散。

在先進節點(5nm以下),採用背面供電網路(BSPDN)也是 EM 對策的一環。EM 的評估通常以 BHTOL 測試(高溫加速測試)進行,並使用 Black 方程式推估 MTTF(平均失效時間)。PVD 設備(阻障金屬・銅晶種層成膜)・CVD 設備(Low-k 膜)・CMP(銅平坦化)是左右抗 EM 特性的主要製程,需要設備・材料・設計三位一體的對策。

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