金薄膜加热互连线的失效机理与试验分析研究

发布时间：2017-04-30 22:13

  本文关键词：金薄膜加热互连线的失效机理与试验分析研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着器件集成度和功率的不断提高,微纳薄膜加热器在整个业界的运用也越来越广泛,目前以金属薄膜材料运用最多见,特别是在高集成度器件中,其尺寸已达到纳米级。因此,线宽小、热效应显著的金薄膜互连线的可靠性问题逐渐成为研究焦点。本文基于热光器件中金薄膜加热互连线的可靠性要求,采用理论、仿真与试验相结合的方法,研究了各因素对金薄膜加热互连线寿命的影响规律,提出了相应的优化设计策略。首先,针对薄膜互连线普遍存在的失效形式,结合热光器件实用产品失效特征,确定了金薄膜加热互连线失效模式;通过理论分析、模拟试验及测试,确定在本类产品中引起金薄膜加热互连线的失效机理为电迁移。对电迁移失效机理进行分析,建立了金薄膜加热互连线的故障模型。其次,基于理论模型,运用有限元仿真软件对影响金薄膜加热互连线寿命的温度、电流以及形状参数等因素进行分析。建立有限元热-电和热-结构耦合仿真模型,获取相关参数如温度、电流密度、温度梯度以及应力梯度等以求取原子质量通量散度值。以散度值(与寿命成反比)为指标,设计了温度、电流以及圆弧半径为主的多因素正交试验。结果表明:金薄膜互连线的寿命受温度的影响最显著。最后,在理论和仿真的基础上,设计制备了金薄膜加热互连线样品,并进行相关测量和试验系统的搭建。通过一系列摸底试验和正交试验发现:(1)失效主要发生在温度梯度最大的圆弧区域;(2)互连线的寿命主要由稳定阶段的长度决定;(3)温度对互连线的寿命影响最为显著;对金薄膜加热互连线失效规律的研究,揭示了各因素对金薄膜加热互连线寿命的影响规律。为光电器件中金薄膜加热器的可靠性分析与提高,提供了科学指导和理论支持,并为新一代光电器件发展和应用推广打下坚实的理论基础。
【关键词】：金薄膜加热互连线 电迁移 正交试验 有限元仿真
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN405.97
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-13
• 1.1 课题来源8
• 1.2 研究背景及意义8-10
• 1.3 国内外研究现状10-11
• 1.4 本文研究内容11-13
• 第2章 金薄膜加热互连线的故障模型13-26
• 2.1 金薄膜加热互连线的失效模式13-15
• 2.2 金薄膜加热互连线的失效机理15-17
• 2.3 互连线的失效理论模型17-24
• 2.3.1 电迁移失效机理17-20
• 2.3.2 电迁移理论模型20-24
• 2.4 互连线的失效分析方法24-26
• 第3章 多物理耦合场仿真分析26-39
• 3.1 互连线的仿真模型26-29
• 3.1.1 互连线分析研究方案26-27
• 3.1.2 互连线有限元模型27-28
• 3.1.3 互连线的网格划分28-29
• 3.2 多物理耦合场仿真分析29-35
• 3.2.1 热-电耦合仿真29-32
• 3.2.2 热-结构耦合仿真32-35
• 3.3 原子质量流分析35-39
• 3.3.1 正交仿真试验中的因素和水平35-36
• 3.3.2 互连线的仿真方案设计36-39
• 第4章 金薄膜加热互连线的可靠性试验分析39-56
• 4.1 互连线的制作工艺39-43
• 4.1.1 互连线结构设计39-40
• 4.1.2 互连线样品制作40-42
• 4.1.3 互连线样品切割42-43
• 4.2 样品的筛选与测量43-46
• 4.2.1 表面形貌观测44-45
• 4.2.2 结构参数测量45-46
• 4.2.3 初始电阻测量46
• 4.3 互连线的试验系统设计46-47
• 4.3.1 试验系统46
• 4.3.2 失效准则46-47
• 4.3.3 试验应力47
• 4.3.4 参数测量47
• 4.4 互连线实验方案47-56
• 4.4.1 摸底试验47-52
• 4.4.2 正交试验52-56
• 第5章 总结与展望56-58
• 5.1 全文总结56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-61
• 致谢61

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