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電遷移是一個重要問題，尤其是在金屬互連的橫截面積非常小的低工藝節(jié)點中。
什么是power EM
當高電流密度通過金屬互連線時，載流電子的動量可能會在它們之間的碰撞過程中轉移到金屬離子上。由于動量轉移，金屬離子可能會在電子的運動方向上漂移。這種金屬離子從其原始位置的漂移稱為電遷移效應。
電流密度 J 定義為每單位橫截面積的電流大小。
J = I/A
其中I是電流大小，A是互連線的橫截面積。
隨著工藝節(jié)點的縮小，金屬互連的截面積也隨之縮小，節(jié)點的電流密度大幅度增加。自 90 納米或更早的技術節(jié)點以來，電遷移一直是一個問題，但在 28 納米或更早的較低技術節(jié)點中它變得更糟。
圖1 電遷移現象示意圖
圖1顯示了電遷移效應的現象。如圖所示，在金屬互連線上施加電位差，形成從陽極側到陰極側的電場。該電場使電子沿與電場相反的方向移動。電子的這種動量導致電子中的電流流動。這些移動的電子具有動量，當它與金屬離子碰撞時，金屬離子會感受到兩個相反方向的力，如圖所示。一種力是由于電場，另一種是由于電子風（electrons wind）的撞擊。如果電流密度高，則由電子風產生的力大于由電場產生的力。
由于電流密度，受到影響金屬離子開始在電場的相反方向上漂移。如果電流密度很高，則互連線可能會立即受到 EM 的影響，或者有時這種影響可能會在運行數月/年之后出現，具體取決于電流密度。因此，ASIC 的可靠性將很大程度上取決于這種 EM 效應。
Mean Time To Failure
MTTF（mean time to failure,平均失效時間） 是集成電路壽命的指標。MTTF 使用如下 方程計算。
其中 A = 橫截面積；
J = 電流密度；
N = 比例因子（通常設置為 2）；
Ea = 活化能；
K = 玻爾茲曼常數；
T = 開爾文溫度；
EM引起的后果
一旦金屬離子開始從其原始位置移動，這些將在互連中產生問題。它可能導致離子在缺乏離子的特定位置過度積累。因此，金屬互連中可能會出現小丘（Hillocks）或空洞（Void）。
圖2 EM引起的互連線中的小丘和空洞
空洞：如果輸入離子通量小于輸出離子通量，則會在互連線中產生空隙?？障稌е禄ミB線不連續(xù)并導致開路。
小丘：如果傳入的離子通量大于傳出的離子通量，則會導致離子積累并在互連線中形成小丘。小丘可以增加金屬互連線的寬度并接觸相鄰的金屬互連線，這可能導致短路。
如何規(guī)避EM
隨著技術節(jié)點的發(fā)展，所使用的互連線也發(fā)生了變化。最初，純鋁用作互連線，然后行業(yè)開始使用 Al-Cu 合金，后來轉向銅互連線。與鋁互連相比，銅互連可以承受大約 5 倍的電流，同時保持相似的可靠性要求。
在physical design期間，可以使用以下技術來防止 EM 問題：增加金屬寬度以降低電流密度、降低頻率、降低電源電壓、保持合理的wire length、減少時鐘樹中的BUFFER大小、為防止 EM 問題，在sign off階段根據代工廠提供的 EM 規(guī)則執(zhí)行 EM Checks。
