積體電路中電子遷移現象之分析

Abstract

本文主要目的在於研究焦耳熱效應對於積體電路中電子遷移現象的影響。我們利用 有限元素法解出二維的熱傳導方程式，由此得到溫度與電流驅動條件與幾何結構對 焦耳加熱的效應。再則，基於Nikawa的電子遷移模型加以修改得到一個開路破壞模 式，修改內容包括（ｉ）二維晶界網狀結構與（ｉｉ）接線中圓柱形裂縫和焦耳加 熱模型。 由金屬接線平均溫度之計算值與實驗值的高度符合，焦耳加熱模型得到驗證。根據 我們研究顯示上昇溫度主要由穿透氧化層到基底的橫向熱流決定，而此熱流又因消 耗功率與流向接觸砌合墊之縱向熱流所控制。此外，發現平均上昇溫度分別與金屬 厚度、氧化層厚度及環境溫度有著線性關係。最大溫度梯度發生於金屬線與砌合墊 連接處，它和以上三種因素的關係與平均上昇溫度相似。既然可以証明電流密度與 平均上昇溫度和最大溫度梯度都有平方關係，我們的模型因此能預測原子流發散最 嚴重的地方。 由修改的電子遷移模型，我們比較金屬線斷線時間之模擬值與實驗值並研究金屬線 寬度與驅動條件對斷線時間的影響。