力、电作用下晶内微裂纹的演化

论文摘要

集成电路可靠性的瓶颈问题——内导线失效,是在电、热、力等多场耦合条件下的电迁移、热迁移和应力迁移现象造成的。随着集成电路的日益微型化,金属薄膜内连导线在多场耦合环境下的可靠性成为越来越重要的科学问题。孔洞和微裂纹的演化是内连导线失效的主要起因。本文则主要研究了力、电作用下表面扩散主导的金属材料中晶内微裂纹的演化规律。首先,建立了电场作用下晶内微裂纹的演化模型。在表面扩散的经典理论及其弱解描述的基础上,编制了可模拟电场作用下二维晶内裂纹演化的有限元程序,并验证了该程序的可靠性和准确性。然后,数值模拟了有限体和无限体中在曲率、电场作用下晶内微裂纹的演化。详细探讨了形态比、电场大小、有限体的边界等因素对晶内微裂纹演化的影响。最后,建立了内压和外载作用下晶内微裂纹的演化模型。在可模拟表面扩散控制下表面能和应变能诱发微结构演化的程序上,添加了可分析内压和外载用下二维晶内裂纹演化的有限元程序。较详细地分析了外载、内压对晶内微裂纹演化分叉的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 典型的物质输运过程
• 1.2.1 蒸发凝结机制
• 1.2.2 表面扩散机制
• 1.3 物质输运驱动力
• 1.3.1 热迁移
• 1.3.2 应力迁移
• 1.3.3 电迁移
• 1.3.4 多种迁移机制的耦合效应
• 1.4 微裂纹演化的研究现状
• 1.5 本文的研究思路和主要研究工作
• 第二章 电迁移下表面扩散主导微结构演化的有限单元法
• 2.1 引言
• 2.2 二维晶内微裂纹演化模型
• 2.3 表面扩散下微裂纹演化的弱解描述
• 2.3.1 虚运动和质量守恒
• 2.3.2 表面扩散驱动力
• 2.3.3 动力学定律
• 2.3.4 弱解描述
• 2.4 有限元方法
• 2.4.1 电场问题的ANSYS 解决
• 2.4.2 表面运动计算的有限元方法
• 2.5 有限元方法可靠性验证
• 2.6 本章小结
• 第三章 电场作用下晶内微裂纹的演化
• 3.1 引言
• 3.2 电场对圆形孔洞演化的影响
• 3.2.1 无限体中圆形孔洞的演化
• 3.2.2 有限体内圆形孔洞的演化
• 3.3 电场和曲率对椭圆形微裂纹演化的影响
• 3.3.1 椭圆形微裂纹只在曲率作用下的演化
• 3.3.2 无限体中椭圆形微裂纹在电场和曲率作用下的演化
• 3.3.3 有限体中椭圆形微裂纹在电场和曲率作用下的演化
• 3.4 本章小结
• 第四章 内压、外载对晶内微裂纹演化的影响
• 4.1 引言
• 4.2 内压和外载作用下晶内微裂纹模型
• 4.3 基本理论
• 4.4 有限元方法
• 4.5 数值计算和讨论
• 4.5.1 内压和外载作用下晶内微裂纹的演化过程
• c 的影响'>4.5.2 内压对微裂纹临界外载荷σ_c的影响
• 4.5.3 内压对微裂纹圆柱化时间的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文的主要工作和结论
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文