金薄膜加热互连线的失效机理与试验分析研究

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1、分类号TN405.97密级公开UDC602学校代码10500硕士学位论文（全日制学术学位）题目：金薄膜加热互连线的失效机理与试验分析研究英文题目：Failuremechanismandexperimentalanalysisofgoldthinfilmheatinginterconnect学位申请人姓名：黄飞申请学位学科专业：精密仪器及机械指导教师姓名：丁善婷二〇一六年五月分类号TN405.97密级公开UDC602学校代码10500硕士学位论文题目金薄膜加热互连线的失效机理与试验分析研究英文题目Failuremechanismandexperimentalanalys

2、isofgoldthinfilmheatinginterconnect研究生姓名（签名）指导教师姓名（签名）职称副教授申请学位学科名称精密仪器及机械学科代码080401论文答辩日期20160524学位授予日期20160630学院负责人（签名）评阅人姓名石端伟评阅人姓名李刚炎年月日学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本

3、人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日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

4、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

5、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

6、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IAbstractWiththecontinuousimprovementofdeviceintegrationandpowerdensity,themicro/nanothinfilmheaterusedinmicroelectronicindustryismoreandmorewidely.Andthemetalisthemost-usedmaterialespeciallyinhighlyintegratedde

7、vices.Nowthesizeofmetalthinfilmhasreachednanometerlevel.Therefore,thereliabilityofmetalthinfilmswithsmalllinewidthanduniquethermaleffecthasbecomethefocusofresearch.Basedonthedemandofreliabilityanalysisofgoldfilmheatinginterconnectinthermoopticdevicesatheory-experimentcombinedme