電遷移

當器件工作時，金屬互連線內有一定電流通過，金屬離子會沿導體產生質量的輸運，其結果會使導體的某些部位產生空洞或晶須(小丘)，這就是電遷移現象。

產生電遷移失效的原因

內因：薄膜導體內結構的非均勻性(多晶)；

外因：電流密度變大；

q布線幾何形狀的影響

q熱效應

q晶粒大小

q介質膜q

合金效應

q脈衝電流

抗電遷移措施

q設計

版圖設計、熱設計、散熱器

q工藝

膜損傷、晶粒尺寸、台階

q材料

Si-Cu－Al合金、Cu

q多層結構，以金為基的多層金屬化層q 覆蓋介質膜

Al2O3、Si3N4等能抑製表面擴散，壓強效應和熱沉效應。

1.短路

2.斷路

3.參數退化

銀離子遷移或簡稱銀遷移(Silver Migration)現象是指在存在直流電壓梯度的潮濕環境中，水分子滲入含銀導體表面電解形成氫離子和氫氧根離子：

H2O→H++OH-

銀在電場及氫氧根離子的作用下，離解產生銀離子，併產生下列可逆反應：

在電場的作用下，銀離子從高電位向低電位遷移，並形成絮狀或枝蔓狀擴展，在高低電位相連的邊界上形成黑色氧化銀。通過著名的水滴試驗可以很清楚地觀察到銀遷移現象。水滴試驗十分簡單，在相距很近的含銀的導體間滴上水滴，同時加上直流偏置電壓就可以觀察到銀離子遷移現象。筆者試驗中導體間距為偏置電壓為5V。加蒸餾水滴樣品起始電流為0．08mA，20min后銀遷移發生形成導通。加自來水滴時起始電流為0．15mA，10min后形成導通。在厚膜電路陶瓷基板上，和PCB上均可觀察到銀遷移現象。

銀離子的遷移會造成無電氣連接的導體間形成旁路，造成絕緣下降乃至短路。除導體組份中含銀外，導致銀遷移產生的因素還有：基板吸潮；相鄰近導體間存在直流電壓，導體間隔愈近，電壓愈高愈容易產生；偏置時間；環境濕度水平；存在離子或有沾污物吸附；表面塗覆物的特性等。

銀遷移造成旁路引起失效有以下特徵：

在高濕存在偏壓的情況下產生；銀離子遷移發生后在導體間留下殘留物，在乾燥后仍存在旁路電阻，但其伏-安特性是非線性的，同時具有不穩定和不可重複的特點。這與表面有導電離子沾污的情況相類似。

銀遷移是一個早已為業界所熟知的現象，是完全可預防的：在布局、布線設計時避免線間距相鄰導體間直流電位差過高；製造表面保護層避免水汽滲入含銀導體。對產品使用環境特別嚴酷的(如接近100%RH，85℃)可將整個電路板浸封或塗覆來進行保護。此外，焊接后清洗基板上助焊劑殘留物，亦可防止表面有導電離子沾污。

直流電流通過導體時，金屬中產生的質量輸運現象就稱為金屬化電遷移，即金屬中的離子遷移。自1966年發現Al膜電遷移是硅平面器件的一個主要失效原因以來，對器件中金屬化電遷移現象就進行了廣泛而深入的研究。

金屬是晶體，在晶體內部金屬離子按序排列。當不存在外電場時，金屬離子可以在晶格內通過空位而變換位置，這種金屬離子運動稱為自擴散。因為任一靠近鄰近空位的離子有相同的概率和空位交換位置，所以自擴散的結果並不產生質量輸運。當有直流電流通過金屬導體時，由於電場的作用就使金屬離子產生定向運動，即金屬離子的遷移現象。電遷移伴隨著質量的輸運。所謂金屬電遷移失效，通常是指金屬層因金屬離子的遷移在局部區域由質量堆積(Pileup)而出現小丘(Hillock s)或品須，或由質量虧損出現空洞(Voids)而造成的器件或互連性能退化或失效。通常在高溫、強電場下引起。不同的金屬產生金屬化電遷移的條件是不同的。