摘要：隨著微電子技術的發(fā)展，微電子產品憑借體積小、功能全、智能化等特點越來越受到市場的歡迎，與此同時微電子的可靠性也隨之被大家關心和重視，本文則對微電子器件的可靠性進行了研究，得出微電子的可靠性受熱載流子、金屬化、靜電放電、柵氧化層等因素的影響，并針對這些原因，本文提出了相應的解決措施，旨在提高微電子器件的可靠性。

　　關鍵詞：微電子器件;可靠性;熱載流子;靜電放電

　　0引言

　　隨著電子科技的不斷發(fā)展，在微電子技術的支撐下，微電子產品受到了消費者的廣泛喜愛，電子器件在體積上逐漸縮小，這對電子器件的可靠性帶來了一定影響，以靜電放電為例，微電子器件很容易受到靜電的影響而造成失效。基于此在微電子器件可靠性方面我國對其給予了高度重視，但是與國際技術水平相比還存在著一定差距，這也是我國微電子技術努力和發(fā)展的方向。

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　　1影響微電子器件可靠性的主要因素

　　影響微電子器件可靠性的因素很多，經過長時間的實驗和分析證明，影響微電子器件可靠性的主要因素有四點，分別是熱載流子效應、柵氧化層及柵氧擊穿、金屬化及電遷移、靜電放電四種因素。

　　1.1熱載流子效應

　　1.1.1熱載流子效應對器件的影響

　　熱載流子效應是造成微電子器件損傷最常見的原因，隨著集成電路的廣泛使用，柵氧化層的厚度和結構都在減小，這樣會導致漏端的電磁場增加，熱載流子效應會導致微電子器件閥值電壓漂移，增加微電子器件的不穩(wěn)定因素。嚴重時會導致電器失效。

　　具體而言，熱載流子效應對微電子有兩個方面的影響。一是縮短微電子器件的使用壽命，將熱載流子注入到電器中，會影響電荷的分布情況，致使器件發(fā)生退化，加快器件的老化速度。其次，熱載流子效應會對器件的場效應管MOS集成電路造成影響，從而影響到整個器件的穩(wěn)定性。

　　1.1.2熱載流子效應引起的失效現象

　　(1)雪崩倍增效應。所謂的雪崩倍增效應就是當電離子碰撞過于頻繁，會產生電子-空穴對，并在瞬間釋放大量的電子-空穴對，這種現象叫做雪崩倍增效應。在微電子器件中，夾斷區(qū)有較強的電場，這時，通過夾斷區(qū)的載流子在電場的影響下就會提高移動速度，形成熱載流子。當熱載流子與價電子頻繁碰撞，就容易形成雪崩倍增效應。

　　(2)閥值電壓漂移。當夾斷區(qū)形成熱載流子時，也有可能與聲子發(fā)生碰撞，此時，熱載流子會改變方向，直接注入到柵氧化層中，這一部分的熱載流子會造成電器閥值電壓的變化，從而影響到整個電器的使用。

　　1.2金屬化及電遷移

　　電遷移是一種物理現象，是指在強電流的影響下，金屬原子會發(fā)生移動遷移。電遷移中，原子的運動是指向性的，其運動方向和電流方向一致，這使得金屬原子會不斷從電子陰極向電子陽極運動，并在陰極形成空洞，而在陽極的地方發(fā)生原子堆積現象，這種現象會導致電截面積縮小，從而加速運行，最終造成電器失效。

　　電遷移的發(fā)生條件是在直流電流的使用情況下，金屬的離子會發(fā)生指向性運動。具體表現為電阻值的增加。隨著離子的不斷運動，金屬膜在局部會形成空洞，或者在局部會形成堆積，出現凸出，造成原有的電路發(fā)生短路，電器發(fā)生損傷，從而減少了電器的使用壽命，在微電子中，集成電路已經是以亞微米或者更小的單位來計算，金屬連接的寬度也在逐漸的減少，更加容易造成金融電遷移現象。

　　1.3靜電放電

　　通常情況下，靜電放電的能量比較小，對傳統的微電子器件影響也比較小。但是隨著高密度微電子產品的廣泛使用，靜電放電也受到了科學家重視。在高密度微電子器件中，靜電放電所釋放出的電場和電流也會對其造成損傷，通常變現為器件數據受損或丟失，器件功能發(fā)生復位等，這對微電子器件的使用帶來嚴重影響。據不完全統計，在微電子產品中，由于靜電放電原因造成器件受損或失效的高達26%，已經成為微電子器件的第一“殺手”。

　　在靜電放電中，最常見的表象就是直接損傷，釋放的電流會融化電器中的某個部位造成電器失效。微電子器件常暴露在靜電的環(huán)境下，器件也會受到影響，高電流下，會使器件的溫度上升，嚴重的會造成金屬融化，或氧化層擊穿。

　　1.4柵氧化層及柵氧擊穿

　　隨著MOS集成電路的發(fā)展，柵氧化層已經朝微細化，薄膜化的趨勢發(fā)展，但是外部所使用的電流電壓卻沒有降低，較高的電場強度沒有改變。但是薄膜化的柵氧化層抗電性的能力卻在下降，一些抗擊穿性差的集成電路會出現參數不穩(wěn)的現象，直接造成漏電、閥電壓漂移、柵氧化層擊穿等，嚴重影響了微電子器件的使用。

　　2提高微電子器件可靠性的主要措施

　　2.1抑制熱載流子效應的措施

　　在集成電路設計中，通常會減小溝通道長度或者減小氧化層厚度來增加集成電路的運算速度，但這些設計又容易造成熱載流子效應，為了減少熱載流子的影響，可采取以下措施：首先是減小漏接附近的電場，改善集成電路使用的環(huán)境，降低其發(fā)生的可能性。其次在減小氧化層厚度的同時，可提高氧化層的質量，通過干法氧化技術提高質量，降低熱載流子截面，減少熱載流子的注入。最后，在電路的設計上，可以采用鉗位器件或者設計新的結構，例如低摻雜漏等。

　　2.2改善金屬化引起可靠性問題的方法

　　改善金屬化電遷移現象常見的方法有界面效應、合金效應等。所謂的界面效應是指熱電應力的增大，會使金屬與金屬或者金屬與半導體之間的界面擴散，造成漏電、短路等現象，解決這一問題最好的辦法就是在金屬與金屬之間或者金屬與半導體之間增加一層阻擋層。由于對熔點、熱穩(wěn)定、化學性都有一定的要求，阻擋層材料應使用高性能材料。其實此是合金效應。在微電子器件中，Al金屬被廣泛使用，但由于Al金屬的特性，也極易造成點遷移現象。在使用的過程可以通過將Al金屬中加入適當比例的Cu，以此來改進Al膜的電遷移壽命。同時，也可以加入適當比例的Si，以此來減小互溶，也就是采用Al-Si-Cu合金，改善電遷移現象。

　　2.3靜電放電防護措施

　　靜電放電防護措施很多，常見的有以下幾種方式。一是接地，就是將物體表面都連接一個固定的接地體，將靜電放電釋放的電流引到大地，從而減少靜電荷積累。二是安裝防靜電周轉箱，通過設備減少靜電放電。三是在生產微電子產品時，要求工作人員穿戴防靜電服裝，在使用時，可以在微電子產品上噴涂防靜電劑。

　　2.4改善柵氧化層擊穿影響器件可靠性的措施

　　柵介質的擊穿現象主要是由于所積累的正電荷，為了解決這一問題，可以在柵介質適當的加入N，用來提高柵介質的抗擊穿能力。這主要是因為利用補償功能，具體而言是其具有補償氧化物陷阱的作用。

　　3結論

　　通過研究發(fā)現，影響微電子器件可靠性的因素主要有熱載流子效應、柵氧化層、金屬化電遷移以及靜電放電，現在的科學技術還無法達到完全保障微電子器件的可靠性，但是可以針對以上原因采取相應的措施，來改善微電子器件可靠性的情況。常用的辦法有：一是減少小溝通道長度、減薄氧化層厚度以減少熱載流子效應造成的電器損傷。二是增加阻隔層、使用金屬合金以減少金屬化及電遷移造成的電器損傷。三是改善電器使用環(huán)境，建立無靜電環(huán)境的方式減少靜電放電的影響。四是柵介質加入適當的N，以此來提高抗擊穿能力。

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