最後更新:2026年10月8日測試・可靠度可靠度・劣化機制

應力遷移是什麼

Stress Migration

應力遷移(應力誘發空洞,SIV)是金屬導線中因機械應力而產生並成長空洞(void),導致導線或通孔斷線而失效的可靠度現象。與電流所造成的電遷移不同,其特點是即使不通電流也會發生,主要成因是導線與阻障層、絕緣膜之間的熱膨脹差異。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

應力遷移(Stress Migration:也稱應力誘發空洞,SIV)是金屬導線中因機械應力而產生並成長空洞(void),導致導線或通孔斷線而失效的可靠度現象。與電流所造成的電遷移不同,其特點是即使不通電流也會發生。

其機制是:由於金屬(主要為銅)與周圍絕緣膜、阻障層的熱膨脹係數不同,製造後的冷卻或使用中的溫度變化會在導線中產生拉伸應力,其應力梯度促進空位的擴散與聚集而形成空洞。特別是在通孔正下方或與寬導線的連接處容易產生空洞,造成電阻上升或開路失效。

在銅鑲嵌導線中,隨著微縮使通孔變細,確保抗應力遷移能力成為課題。評估是以長時間置於高溫的高溫儲存測試(HTS)等方式進行,從電阻變化檢測空洞的成長。

對策包括緩和應力的導線與通孔設計、最佳化附著性高的阻障金屬(Ta/TaN)與襯墊層,以及以虛設圖案(dummy pattern)分散應力等。它與電流驅動的電遷移(electromigration)成對,構成銅導線(copper-interconnect)的兩大可靠度課題。

應力遷移的常見問題

應力遷移與電遷移有何不同?
電遷移是金屬原子被電流推移而造成的斷線,不通電流就不會進行。應力遷移的驅動力是機械應力,因此即使在未通電流的儲存期間也會進行,這是兩者的決定性差異。
為什麼導線會受到機械應力?
銅導線、阻障金屬、層間絕緣膜的熱膨脹係數各不相同,因此製造時的熱製程使溫度升降時,會產生彼此拉扯的應力。這種應力梯度會使空位移動,聚集在通孔底部等處而形成空洞。
容易在哪裡發生?
在連接寬導線的細通孔正下方。寬導線中存在大量空位,容易集中到通孔底部的一點,因而表現為通孔的開路不良。以設計規則增加通孔數量(冗餘通孔)是一種對策。

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