柵極導(dǎo)電層Au 遷移導(dǎo)致放大器失效原因

電遷移是導(dǎo)電金屬材料在通過高密度電流時，金屬原子沿著電流運動方向（電子風(fēng)）進行遷移和質(zhì)量可控的擴散現(xiàn)象，它與金屬材料的電流密度和溫度數(shù)值密切相關(guān)。當(dāng)凸點及其界面處的局部電流密度超過電遷移門檻值時，高速運動的電子流形成的電子風(fēng)與金屬原子發(fā)生劇烈碰撞，進行部分的沖量交換，迫使原子沿著電子流方向運動，從而發(fā)生凸點互連的電遷移。通常電遷移能在陰極造成金屬原子的流失而產(chǎn)生微空洞，使互連面積減小導(dǎo)致斷路，在陽極造成金屬原子的堆積而形成凸起的“小丘”，導(dǎo)致短路，從而引起IC及元器件失效。電遷移是引起IC及電子產(chǎn)品失效的一種重要機制。因此，有必要針對Au的電遷移特性進行研究，明確Au電遷移對電路的影響。
　　某限幅低噪聲放大器在交付用戶使用一段時間后出現(xiàn)輸出不穩(wěn)定現(xiàn)象，在確認失效樣品電參數(shù)后，開封檢查觀察到內(nèi)部沒有短路、斷路現(xiàn)象或明顯的缺陷區(qū)。由于放大管中主要功能元件是兩級砷化鎵金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MESFET），采用新的同型號的MESFET將其置換后，功能恢復(fù)正常。根據(jù)以上檢測排除，最終鎖定場效應(yīng)管失效。
　　筆者借助掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀對該MESFET中的異常導(dǎo)電層不同微區(qū)進行了微觀分析，找出了產(chǎn)生此問題的原因。
　　1實驗
　　實驗儀器為日本JEOL公司生產(chǎn)的JSM-6490LV型掃描電子顯微鏡（SEM），配有美國EDAX公司生產(chǎn)的Genesis2000XMS型X射線能譜儀（EDS）附件。
　　實驗樣品為失效的GaAs-MESFET，圖1為其結(jié)構(gòu)圖，襯底材料是具有高電阻率的本征砷化鎵，在溝道上制作柵極金屬，與n型半導(dǎo)體之間形成肖特基勢壘接觸，源極和漏極金屬與n+型半導(dǎo)體之間形成歐姆接觸。該MESFET采用n+-GaAs-Au歐姆接觸系形成源漏接觸電阻和Al-W-Au的砷化鎵肖特基勢壘接觸系統(tǒng)。