把集成電路芯片放在一定溫度下存放一定時(shí)間,但并不施加電流。在有些情況下,我們也可以觀察到有些金屬導(dǎo)線上出現(xiàn)了空洞,甚至完全斷開(kāi),如圖5,12所示。U05G4B48這種現(xiàn)象稱(chēng)之為應(yīng)力遷移(Stress migration,SM)。一般認(rèn)為,就是它們本身應(yīng)力釋放的結(jié)果。應(yīng)力遷移是由機(jī)械應(yīng)力所造成的擴(kuò)散過(guò)程。機(jī)械應(yīng)力的產(chǎn)生是囚為在集成電路的金屬互連制程和保護(hù)絕緣層制程中會(huì)有不少高溫過(guò)程,由于金屬層和絕緣層的熱膨脹系數(shù)不一樣,這些高溫過(guò)程會(huì)在金屬層鋁或銅中引人較大的應(yīng)力。而機(jī)械應(yīng)力的大小與溫度成反比。應(yīng)力所造成的金屬層鋁或銅中空洞的成核或生Κ是一種擴(kuò)散過(guò)程,而其與溫度成正比。在機(jī)械應(yīng)力與擴(kuò)散過(guò)程的兩種效應(yīng)的綜合下,應(yīng)力遷移會(huì)有一個(gè)溫度峰值。如Power I'awCrce⒐mte Model所述c德州儀器公司的McI)hcrs°n博十等建立:F SM的Powcr I'aw Creepˉrate Model。該模型認(rèn)為,在熱蔓延屮應(yīng)力造成的驅(qū)動(dòng)力隨著溫度靠近絕緣層(覆蓋層)的沉積溫度而減小,但空位的擴(kuò)散速率會(huì)隨著溫度的升高而呈指數(shù)增加e綜合這兩種驅(qū)動(dòng)力.

    R(T)是溫度T下的Crcep rate;TⅡ|是絕緣層的沉積溫度;Ea是金屬擴(kuò)散相關(guān)的激活能;″是溫差指數(shù)囚子。從公式中容易看出Crecp_rate存在一個(gè)溫度峰值。這個(gè)溫度峰值依賴(lài)于導(dǎo)體和周?chē)^緣體的性質(zhì)和熱沉積條件。對(duì)一般制程來(lái)說(shuō),溫度峰值大概在150~20o℃之問(wèn)。

    模型對(duì)銅制程仍然適用。先進(jìn)銅制程引入了低慮材料,進(jìn)一步

提高了集成電路的性能。由于低慮材料機(jī)械性能遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的二氧化硅差,而熱膨脹系數(shù)也隨著材料和制程變化比較大,所以先進(jìn)銅制程的應(yīng)力遷移現(xiàn)象會(huì)變得更加顯著。