半导体领域提到的枝晶(Dendrite),绝大多数不是金属凝固枝晶(Dendrite),而是电化学迁移(Electrochemical Migration, ECM)生成的金属树枝状结晶,属于可靠性失效缺陷之一,常见于芯片钝化层、引线框架、BGA 焊球、键合 pad、封装塑封料界面、功率器件终端区的高湿环境、离子污染和偏压同时存在的场景。枝晶(Dendrite)生长主要源于电化学迁移(ECM)。当器件表面存在水分(或冷凝水膜)并溶解了离子污染物(如助焊剂残留、氯离子)时,会形成一层薄电解质。在偏置电压下,阳极金属发生电化学溶解,金属离子穿过电解质向阴极迁移并沉积,逐渐长成枝晶(Dendrite)。条件缺一不可:电解质液膜、偏压、可迁移金属离子。在半导体制造中的具体场景体现在化学机械抛光(CMP)过程中,铜互连 CMP 时,抛光浆料中的导电颗粒和化学活性剂,在互连间电势差作用下,可能诱发铜枝晶(Dendrite)生长,导致本应绝缘的互连线短路。另一就是在封装与互连可靠性时,铜因导电导热性好而被广泛用于功率器件封装互连。在潮湿含氯环境中,铜互连易发生电化学迁移(ECM),枝晶(Dendrite)生长会导致漏电或短路失效。另外,枝晶(Dendrite)与“锡须(Tin Whisker)”二者常被混淆,但成因不同。二者的区别是锡须(Tin Whisker)是锡镀层内部压应力驱动的自发单晶挤出,不需要电场和水分;枝晶(Dendrite)则是电场驱动的电化学沉积产物,必须有电解质和偏压参与。因此,枝晶(Dendrite)一旦桥接导体,会造成永久性或间歇性短路,在低电压、高阻抗电路中尤为危险,因为短路电流可能不足以将其熔断。防控思路主要包括:彻底清洗去除离子污染、控制环境湿度、优化绝缘设计,以及在 CMP 等工艺中通过电路设计(如引入反偏二极管)阻断枝晶(Dendrite)形成电流。而半导体器件中的枝晶(Dendrite)是电化学迁移(ECM)导致的导电结晶缺陷,是潮湿环境下互连短路失效的重要机理之一。


