鋁與硅產生的物理機制如下:

   (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577℃時達到1.59%(原子比)最大。鋁與硅反應是鋁先與天然的so2層反應,穿透sio后讓鋁一硅接觸,隨后硅原子向鋁中擴散并溶解,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,逐步向外擴散。如果有電流通過,電子的動能也可傳遞給硅原子,使其沿電子流方向移動,即產生電遷移。硅一鋁界面不僅有質量傳遞還有動量傳遞,可引起PN結短路(如blPN晶體管的基區接觸窗孔)。

   (3)鋁在硅中熱遷移。在高溫、高的溫度梯度和高電流密度區,鋁―硅界面可發生鋁的電熱遷移。這種遷移通常沿PN結在si/S⒑2界面處硅表面進行,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;也可縱向進行,硅不斷向鋁中擴散,遠離界面向鋁表面遷移,同時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,使鋁進入硅后的滲透坑變粗變深,形成合金釘,嚴重時可穿

越PN結使之短路。順便指出:對于金,由于其與硅的共晶點僅377℃,當溫度大于325℃時,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熱斑而發生的上述3個物理過程幾乎同時發生,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散和電遷移。