Το φαινόμενο της ηλεκτρομετανάστευσης σε σχέση με την αξιοπιστία των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων

Abstract

THE PRESENT PH.D. THESIS EXAMINES ELECTROMIGRATION PHENOMENA IN INTEGRATED CIRCUITS METALLISATIONS AND THEIR RELATION TO RELIABILITY PREDICTION. THE THESISIS BASED ON A SERIES OF DATA FROM EXISTING RELIABILITY TESTS, DATA FROM RELIABILITY TESTS PERFORMED IN THE MICROELECTRONICS LAB AS WELL AS DATA FROM A SIMULATION MODEL THAT WAS DEVELOPED. THE DATA WERE ANALYSED IN ORDER TO EVALUATE THEIR GOODNESS OF FIT IN A SERIES OF STATISTICAL DISTRIBUTIONS. A NEW THEORY ISINTRODUCED THAT A LEAST KNOWN DISTRIBUTION, THE GUMBEL DISTRIBUTION CONSTITUTES THE OPTIMAL STATISTICAL MODEL FOR THE RELIABILITY PREDICTION OF ELECTROMIGRATION INDUCED FAILURES. THE PH.D. THESIS IS DIVIDED IN 7 CHAPTERS. THE FIRST CHAPTER REVIEWS IN GENERAL FAILURE MECHANISMS IN INTEGRATED CIRCUITS WHILST THE SECOND CHAPTER PRESENTS THE FAILURE MECHANISMS IN RELATION TO THE DIFFERENTMANUFACTURING TECHNOLOGIES. THE THIRD CHAPTER DESCRIBES IN DETAIL THE MECHANISMS OF ELECTROMIGRATION IN INTEGRATED CIRCUIT METALLISATIONS, WHETHER THEY CONCERM ALUMINUM, ALUMINUM ALLOYS WITH COPPER OR OTHER ELEMENTS, OR THE USUAL MULTILAYERED STRUCTURES WITH TITANIUM AND TUNGSTEN. FURTHERMORE, THIS CHAPTER EXAMINES THE RELATION OF METALLISATION LENGTH AND WIDTH, METAL STRUCTURE MEAN GRAIN SIZE AND THE EFFECT OF PULSED DC OR ALTERNATE CURRENT. THE FOURTH CHAPTER DEALS WITH THE EFFORTS TO MEASURE ELECTROMIGRATION, RELATED MAINLY TO RESISTANCE CHANGE MEASUREMENT. SOME STATISTICAL, METALLURGICAL OR ANALYTICAL SIMULATION MODELS ARE ALSO PRESENTED HERE TOGETHER WITH AN EXTENSIVE REVIEW OF THE PREVIOUS RESEARCH RESULTS.(ABSTRACT TRUNCATED)

Η ΠΑΡΟΥΣΑ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΕΞΕΤΑΖΕΙ ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗΣ ΣΤΙΣ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΙΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΤΗ ΣΧΕΣΗ ΤΗΣ ΜΕ ΤΗΝ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ ΑΥΤΩΝ. Η ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΒΑΣΙΖΕΤΑΙ ΣΕ ΜΙΑ ΣΕΙΡΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΩΝ ΛΟΓΩ ΗΛΕΚΤΡΟΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗΣ ΠΟΥ ΠΡΟΥΠΗΡΧΑΝ, ΣΕ ΜΙΑ ΚΑΙΝΟΥΡΙΑ ΣΕΙΡΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΠΟΥ ΠΡΟΕΚΥΨΑΝ ΑΠΟ ΔΟΚΙΜΕΣ ΣΤΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΙΚΡΟΗΛΕ- ΚΤΡΟΝΙΚΗΣ, ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ ΣΕ ΕΝΑ ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΠΟΥ ΑΝΑΠΤΥΧΘΗΚΕ. ΤΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΥΤΑ ΑΝΑΛΥΘΗΚΑΝ ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΤΟΝ ΕΛΕΓΧΟ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗΣ ΤΟΥΣ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΕΣ ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΧΘΗΚΕ Η ΘΕΩΡΙΑ ΟΤΙ ΜΙΑ ΕΛΑΧΙΣΤΑ ΓΝΩΣΤΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ, ΗΚΑΤΑΝΟΜΗ GUMBEL, ΑΠΟΤΕΛΕΙ ΤΟ ΠΛΗΣΙΕΣΤΕΡΟ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΙΑ ΤΙΣ ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ ΛΟΓΩ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗΣ. Η ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΧΩΡΙΖΕΤΑΙ ΣΕ 7 ΚΕΦΑΛΑΙΑ. ΣΤΟ ΠΡΩΤΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΓΙΝΕΤΑΙ ΜΙΑ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΓΕΝΙΚΑ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΣΜΩΝ ΒΛΑΒΗΣ ΣΕ ΟΛΟΚΛΗΡΕΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ, ΕΝΩ ΣΤΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΑΡΟΥΣΙΑΖΟΝΤΑΙ ΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΒΛΑΒΗΣ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ. ΤΟ ΤΡΙΤΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΔΙΕΞΟΔΙΚΑ ΤΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗΣ ΣΤΙΣ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΙΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΕΙΤΕ ΑΥΤΕΣ ΑΦΟΡΟΥΝ ΚΑΘΑΡΟ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ ΕΙΤΕ ΚΡΑΜΑΤΑ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ ΜΕ ΧΑΛΚΟ Η ΑΛΛΑ ΜΕΤΑΛΛΑ, ΕΙΤΕ ΤΙΣ ΣΥΝΗΘΕΣΤΕΡΕΣ ΠΟΛΥΣΤΡΩΜΑΤΙΚΕΣ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΙΣ ΜΕ ΤΙΤΑΝΙΟ ΚΑΙ ΒΟΛΦΡΑΜΙΟ. ΕΞΕΤΑΖΟΝΤΑΙ ΕΠΙΣΗΣ ΣΤΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΥΤΟ ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΜΗΚΟΥΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΛΑΤΟΥΣ ΤΗΣ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΗΣ, ΤΟΥ ΜΕΣΩ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΟΥ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥ ΤΟΥ ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΥ ΠΛΕΓΜΑΤΟΣ, ΑΛΛΑ ΚΑΙ Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΟΥ ΕΧΕΙ ΤΟ ΠΑΛΜΙΚΟ ΚΑΙ ΤΟ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ ΣΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ. ΤΟ ΤΕΤΑΡΤΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΣΧΟΛΕΙΤΑΙ ΜΕΤΙΣ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΩΝ (ΠΕΡΙΚΟΠΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗΣ)