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第4章 电迁移
在微电子器件中，金属互连线大多采用铝膜。只是因为铝具有一些优点，如导电率高，能与硅材料形成低阻的欧姆接触，与二氧化硅层等介质膜具有良好的粘附性和便于加工等。但是使用中也存在一些问题，如性软，机械强度低，容易划伤；化性活泼，易受腐蚀；在高电流密度时，抗电迁移能力差。在电路规模不断扩大，器件尺寸进一步减小时，互连线中电流密度在上升，铝条中的电迁移现在更为严重，成为VLSI中的一个主要可靠性问题。
4.1 电迁移原理
当器件工作时，金属互连线的铝条内有一定电流通过，金属离子沿导体产生质量的输运，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须(小丘)，这即电迁移现象，在块状金属中，其电流密度较低(小于102A/cm2)，电迁移现象只在接近材料熔点的高温时才会发生，薄膜材料则不然，淀积在硅衬底上的铝条，截面积很小和良好的散热条件，电流密度可高达107A/cm2，所以在较低的温度下就会发生电迁移。
在一定的温度下，金属薄膜中存在一定的空位浓度，金属离子通过空位而运动，但自扩散只是随机地引起原子地重新排列，只有受到外力时才可产生定向运动。通电导体中作用在金属离子上的力F有两种：一种是电场力Fq，另一种是导电载流子和金属离子间互相碰撞发生动量交换而使离子产生运动的力，这种力叫做摩擦力Fe。对铝、金等金属膜，载流子为电子这时电场力Fq很小，摩擦力起主要作用，离子流与载流子运动方向相同。这一摩擦力又称"电子风"
