鋁與硅產(chǎn)生的物理機(jī)制如下:

   (1)形成固溶體。鋁在硅Q2006VH3中幾乎不溶解,而硅在鋁中有一定溶解度,在共晶點(diǎn)577℃時(shí)達(dá)到1.59%(原子比)最大。鋁與硅反應(yīng)是鋁先與天然的so2層反應(yīng),穿透sio后讓鋁一硅接觸,隨后硅原子向鋁中擴(kuò)散并溶解,逐步形成滲透坑。

   (2)硅在鋁中的電遷移。固體溶解在鋁膜中的硅原子,由于分布不均勻,存在 濃度梯度,逐步向外擴(kuò)散。如果有電流通過,電子的動(dòng)能也可傳遞給硅原子,使其沿電子流方向移動(dòng),即產(chǎn)生電遷移。硅一鋁界面不僅有質(zhì)量傳遞還有動(dòng)量傳遞,可引起PN結(jié)短路(如blPN晶體管的基區(qū)接觸窗孔)。

   (3)鋁在硅中熱遷移。在高溫、高的溫度梯度和高電流密度區(qū),鋁―硅界面可發(fā)生鋁的電熱遷移。這種遷移通常沿PN結(jié)在si/S⒑2界面處硅表面進(jìn)行,其溫度梯度最大、熱阻最小,路徑最短處呈絲狀滲入,形成通道;也可縱向進(jìn)行,硅不斷向鋁中擴(kuò)散,遠(yuǎn)離界面向鋁表面遷移,同時(shí)在硅中留下大量空位,加劇Al―si接觸處鋁在硅中的電熱遷移,使鋁進(jìn)入硅后的滲透坑變粗變深,形成合金釘,嚴(yán)重時(shí)可穿

越PN結(jié)使之短路。順便指出:對(duì)于金,由于其與硅的共晶點(diǎn)僅377℃,當(dāng)溫度大于325℃時(shí),金的電熱遷移率比鋁快,器件更易失效。所以一般情況下,不能使金膜與硅直接接觸,中間必須加阻擋層。

   必須指出,鋁一硅界面因局部電流集中出現(xiàn)熱斑而發(fā)生的上述3個(gè)物理過程幾乎同時(shí)發(fā)生,而且相互影響,加速器件失效。硅向鋁中溶解,硅留下大量空位,加劇了硅在鋁中的電熱遷移;反過來,鋁中空位濃度增加,又加劇了硅在鋁中的擴(kuò)散和電遷移。