エレクトロマイグレーション (Electromigration) は、電子デバイス内部の金属配線において、強い電流密度の影響で金属原子が移動する現象を指します。この現象は、電子が金属内を流れる際に原子に衝突し、微小な力を与えることで引き起こされます。以下に、その基本メカニズムと影響を詳しく説明します。

1. 主な要因

エレクトロマイグレーションは以下の2つの力によって促進されます。

• 電子風力 (Electron Wind Force)
  電流が流れる際、自由電子が金属原子に衝突し、原子を移動させます。この力がエレクトロマイグレーションの主因です。
• 原子拡散 (Atomic Diffusion)
  温度上昇や電流によって、原子が配線内部でランダムに拡散する現象です。

2. 影響を受けやすい条件

• 高い電流密度
  電流密度が大きいほど、エレクトロマイグレーションのリスクが高まります。
• 高温環境
  温度が上昇すると、原子の移動が加速され、エレクトロマイグレーションが促進されます。
• 微細配線
  配線が細くなるほど、原子移動の影響が顕著になります。

3. 結果と影響

エレクトロマイグレーションは以下のような問題を引き起こします。

• ボイド (Void) の形成
  原子が移動してしまった領域に空洞（ボイド）ができ、電気的な断線を引き起こす可能性があります。
• ヒルクライム (Hillock) の発生
  原子が特定の場所に蓄積し、突起物（ヒルクライム）が形成されることで、隣接する配線との短絡のリスクが生じます。

4. 影響を抑えるための対策

• 配線材料の選択（銅やその合金を利用）
• 配線の形状最適化（幅や厚みの調整）
• 保護膜の追加やプロセス温度の最適化

エレクトロマイグレーションは、デバイスの小型化・高性能化に伴いますます重要な課題となっています。
その対策を講じることが、長寿命で信頼性の高いデバイスの設計に欠かせません。