微电子器件的可靠性分析

杨丹凤 湖南省长沙市第一中学

当今世界经济得到飞速发展，经济的发展带动了科技的创新，随着科技水平的提高，电子信息技术处理的效率也得到了提高，微电子器件的体积越来越小，微电子器件的可靠性问题已经成为了这种技术的主要问题，微电子器件的可靠性受到严重的影响。影响的因素一般分为以下几种，栅氧化层、热载流子、金属化、静电放电等。目前人们认识到了微电子技术的重要性，国家加大了对微电子技术资金和技术的投入力度，在微电子技术的研究方面，我国与发达国家的差距正在逐渐缩小，但是在一些主要的技术研究领域还有待提高。

1 影响微电子器件可靠性的主要因素

1.1 热载流子效应

电路中主要失效模式的一种就是热载流子效应，热载流子会导致微电子器件可靠性出现问题，这一问题是在超大规模的电路中存在的，由于栅氧化层厚度、结构、长度在不断的减少，而漏端电子的强度在不断的增强，于是就会产生可靠性问题。

因为热载流子的应用，这样就改变了器件氧化层中的电荷分布情况，长此以往，器件的性能就会发生改变，逐渐影响器件的使用寿命。热载流子的应用还会影响集成电路的集成度和电路的可靠性。如果电压是稳定的，栅电流就会随着时间的增加而减少。

1.2 金属化电转移

电转移是一种物理现象，在电流很大的状况下，金属原子就会发生扩散转移，电流的流动方向正好与电子转移的方向一样。由于电子转移问题的存在，电流就会源源不断的进行扩散，一般情况下扩散的方向是阴极向阳极转移。时间久了，就会在阴极形成空洞，阳极则会发生原子的积累。导电体的面积越小，空洞和积累的过程就会加速进行，这样器件就非常容易失效。

直流电流的作用下发生电转移现象，这是在金属中离子发生位置改变而产生的，发生电转移现象时，电阻值的线性就会增加，当增加到一定程度时，就会出现空洞，这个空洞是金属膜发生局部亏损而产生的。它还可能使金属膜局部累积而产生小丘，这样就会造成电流的短路，严重影响集成电路的使用年限。器件可能向亚微米和深亚微米的方向发展，这时金属连线的长度会不断的减少，电流的密度却不断的增长，更容易发生电转移现象。

1.3 栅氧化层的击穿

集成电路的细化是微电子器件的发展方向，栅氧化层的发展方向与之相似，向薄膜方向发展。电源的电压不能下降，电磁强度也非常高，这样就对栅氧化层的性能提出了新的挑战。电氧化层的性能不优越就会使器件参数不稳定，在电压较大，电流激增的情况下，就有可能发生栅氧化层被击穿的现象。

1.4 静电放电

在传统微电子器件中，静电放电的影响非常小，人们基本上很难察觉，但是在微电子器件中，会由于静电放电电流、静电电场问题的存在引发失效问题，导致设备出现复位、锁死、数据丢失的问题，对设备的正常运行产生不利影响，严重影响设备可靠性，导致设备发生损坏。

2 提高微电子器件可靠性的主要措施

界面效应是其中比较重要的方法之一。随着热电效应的增加，器件的性能也在不断的提高，这样金属与金属，金属与半导体之间的界面扩散范围就会增加，也有可能会形成金属高阻化合物，上层的金属可能会穿越阻挡层使器件发生漏电现象，金属插过半导体可能会发生短路现象，所以界面现象成为当前必须解决的问题之一。

合金效应是改善金属化问题的一种方法。在微电子器件中，金属化系统工艺虽然比较的简单，但是比较成熟，价格还比较低，因此这种方法经常被使用，但是其中的一大难题就是容易发生电转移。为了改善电子器件的使用年限，在器件中加入一定量的材料，这样就可以改进电子转移的寿命。

覆盖效应是另一种改善金属化的一大措施。介质应该覆盖在金属的薄膜上，这样做的好处有很多，例如，可以提高设备的抗划伤性、抗腐蚀性、抗电转移、抗电流浪涌和抗离子沾污能力等，还可以对微观结构进行改善。总之，介质覆盖使薄膜的抗电转移能力增强。

回流效应也是改善金属化的措施。从理论上讲，总有一天，回流和电子将会完全抵消，这是一种理想化的状态，它会使净离子的转移量为零，这样就可以减少电离子的转移量，提高金属化的可靠性。

3 结束语

总而言之，微电子器件可靠性的影响有多种，我们要根据实际情况采取必要的措施提高器件的可靠性，可以利用沟通道长度减少的方法，减少氧化层厚度的方法，减少热载流子效应的方法，改善微电子的可靠性。还可以建立防静电环境，改善微电子的可靠性。

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