微电子器件的可靠性优化研究

　　摘要：随着当前电子信息技术的发展，越来越多的微电子器件应用于日常生活中，电子设备的大量使用，也对微电子期间的可靠性提出了越来越高的要求。微电子期间的可靠性直接关系到电子设备应用功能的发挥，本文针对微电子期间的可靠性优化工作进行研究，通过分析当前影响微电子器件的可能因素，并在当前科技水平下，有针对性提出了一些提升微电子器件可靠性的办法，以期实现可靠性的优化。

　　关键词：电子信息技术；电子产品；微电子；可靠性

　　0引言

　　自上世纪九十年代起，在微电子技术的支持下，我国电子科技均得到了举世瞩目的发展，特别是近15年来，随着大规模集成电子系统的广泛应用，电子设备的普及速度达到了前所未有的程度。在当前的发展驱使下，电子设备的小型化、便携化、多媒体化已经成为不可逆转的发展趋势，随之而来的是电子器件的进一步微型化，然而根据工学的一般概念，随着系统的复杂度提升，其系统稳定性将会出现下降。与欧美发达国家相比，我国微电子科技处于相对落后的水平，微型化电子元器件的可靠性问题，一直以来是困扰我国电子科技工作者的难题，对此，本文针对微电子器件的可靠性影响因素进行分析，并提出一些符合当前科技现状的微电子器件可靠性优化措施，以期促进我国微电子行业的发展。

　　1影响微电子器件可靠性的因素分析

　　随着电子器件的进一步微型化，影响其可靠性的因素已经不仅仅是封装等宏观层面问题，更多的将会是微观粒子层面带来的问题，因微观物理与宏观物理间存在一定的差异，因此有必要对微观状况下影响微电子器件可靠性的因素进行着重分析。

　　1.1热载流子效应

　　当微电子器件中的一般载流子通过热能、电能等获得一定的能量后，就会变成热载流子，热载流子具有较高的动能和运动活性，通过与晶格发生碰撞、打破元素价键等方式，会造成微电子元器件出现不可逆的严重损伤。由于当前微电子器件的体积不断减小，减小体积的方式无异于减少栅氧化层的厚度，随着栅氧化层厚度的降低，其抗打击能力也随之下降，在热载流子的撞击下，极易出现删氧化层击穿的现象发生，于此同时，热载流子在微电子器件中出现，会影响微电子器件中的电荷分布情况，导致微电子器件的电压阈值出现飘移，造成系统不稳定性上升，直接影响微电子器件的使用寿命和工作一致性。

　　1.2电迁移现象

　　在强大的直流电流激励下，微电子器件中的金属原子会发生移动迁移，这就是电迁移现象。在电迁移过程中，金属原子的移动方向一般与电流的方向相同，这就会使金属原子向着阳极移动，造成阴极出现金属空洞，而阳极出现金属原子堆积，当阴阳极金属量出现差异时，即会造成阴极金属截面积减小的情况发生，造成线路阴极处的阻值增大，降低微电子器件的运行速度，同时在工作时，因内部线路电阻值上升，造成局部的放热量上升，易导致线路熔毁现象出现，最终造成电气失效。

　　1.3静电放电

　　在微电子器件的使用实践中可以发现，约有三分之一的失效是由静电放电导致，对传统的放电器件的影响也很小。但是，随着现代化化的电子产品不断发展，静电放电这一问题也受到了研究人员的广泛关注。在高密度的现代化电子产品中，静电放电的磁场会对电子产品造成严重的影响，通常表现为产品的内存数据丢失或者是产品设定自动复原等，这就造成了电子器件很难进行使用。根据相关数据统计，在现代电子产品的使用过程中，大约有四分之一的器件都受到了静电放电的影响，静电放电现象已然成为了电子器件损坏的最大“元凶”。在静电放电的过程中，很容易会造成电器受到直接损伤的现象，电流会对电器中的某个部件进行影响从而使之失效。另外，如果电子器件经常在静电放电的情况下进行运作，会造成内部的器件温度升高，甚至可能会出现金属融化的现象。

　　2微电子器件可靠性优化的措施

　　2.1抑制热载流子效应

　　在集成电路的设计过程中，往往会通过减少沟通渠道长度的方式来增加集成电路的运算速率，或者是通过减少氧化层厚度的方法也能够达到此效果。但是这两种设计方法很容易在电路中形成热载流子效应，造成电路的温度过高而出现损坏。因此，为了能够保持电路的温度不至于受到热载流子效应的影响，可以采用以下几种方法：（1）弱化漏接端口附近的电场，对集成电路的使用环境进行全面改善，降低热载流子效应的形成外部因素。（2）降低氧化层的厚度，同时可以利用干法氧化的技术提高氧气层的质量。（3）减少热载流子的截面面积，同时减少热载流子量的注入。（4）在电路的设计上，可以利用钳位器件等全新的设计方式，例如低掺杂漏的方式。

　　2.2使用合金改善电迁移现象

　　对金属化进行电迁的改善方法有很多，一般来说有界面效应以及合金效应这两种方法。界面效应指的是热电应力增加，使得金属与金属之间或者是金属与半导体呈现出界面扩散的现象，从而造成漏电以及短路等情况。要想要解决这个问题，最好的方法就是在金属与金属之间或者是金属与半导体使用一层阻挡层进行格挡。这个阻挡层对于高温熔点、稳定性能以及化学性能都有着较高的要求，因此应当使用质量较高的材料。而合金效应值得是，在电子器件内部，AI金属的使用范围比较广，但是AI金属有着其独有的特点，很容易出现电子迁移的情况。为了进行合金效电子迁移的改善，可以使用一定比例的CU元素加入到AI金属之中，通过这种方法能够有效的增加AI金属的电子迁移寿命。此外，还可以在AI金属中加入是一定比例的Si，来减少金属之间的相互溶解现象发生的程度，这种方法也被成为使用AI-CU-SI合金，对合金电子迁移的现象进行改善。

　　2.3使用静电防护措施

　　进行静电防护的措施有很多种，下面就介绍几种常见的防护方法：（1）接地法，这种方法是防护静电最常见也是最普通的方法，指的是将物体的表面通过线或者其他方法连接到地体。由于电流会在物体的表面进行流动，使用这种方法可以将静电所释放的电流不断的引导到地面，从而减少静电所释放的电流累积程度，起到防护的效果。（2）防静电周转箱，防静电周转箱也称为防静电胶箱、导电周转箱，广泛用于各行各业的电子器件之中。零件周转便捷、堆放整齐，便于管理，可与多种物流容器和工位器配合，用于各类仓库、生产现场等多种场合。通过设备的安装可以有效的减少静电放电带来的影响。（3）生产人员穿上防静电服装，在进行电子产品的操作时，可以要求操作人员穿上防静电的服装，同时，还可以在电子产品上进行防静电剂的喷涂，以此来降低静电带来的影响。

　　3结论

　　通过上述的研究我们可以发现，影响微型电子器件可靠性的原因主要有三个，分别是热载流子效应、金属化的电子迁移以及静电放电。以目前的科学技术我们还没有办法完全的保证电子器件的可靠性，但可以使用上述的几种措施来进行防范。较为常见的方法有以下几种：（1）抑制热载流子效应；（2）使用合金改善电迁移现象；（3）使用静电防护措施，具体有接地法、防静电周转箱以及防静电服装等。