腐蚀属于复杂老化过程的范畴，它通常涉及热活化、强制电激励，还可能包括应力腐蚀开裂等机械问题。

任何半导体器件均可以看成是由多种材料、多种部件组成的串联系统.  这些材料中，包括了多种金属，例如 Al、Au、Ni、Cu、Mo、W、Ti、Pt，还有铁合金，例如柯伐（Kovar）. 在这些金属中，除一些 “贵金属”（例如 Au）外，都是处于热力学不稳定状态的，即从热力学的角度看，在一定条件下，它们终究要回复到原在地壳中所处的状态，变成氧化物、硫化物、碳酸盐…… 或形成可溶性离子，这就是金属的腐蚀.  而这些金属的腐蚀几乎均与环境湿度有关，是电化学腐蚀.  其过程如下：在一定的湿度环境中，空气中水分子吸附在金属的表面，这些水分子层便成为电解质.  在金属与电解质界面上发生阳极溶解过程（又称氧化），这时若界面上有相应的阳极还原过程配合（共轭反应），便构成了一种原电池，使金属阳极溶解过程持续进行，金属便不断地被腐蚀。

当集成电路暴露在潮湿环境或接触污染物时，可能会发生腐蚀失效.   IC的腐蚀失效通常分为两大类：bonding-pad corrosion或者 internal-chip corrosion. Bonding-pad是芯片上面积较大的一块金属化区域，尺寸约为50 μm×50 μm. 从历史上看，这些bonding-pad为后续的金（Au）或铜（Cu）引线球键合提供了金属化接触面，这种引线键合使芯片能够与外部建立电气连接. bonding-pad腐蚀可能发生在芯片加工和/或封装后. 与硅衬底连接/接地的bonding-pad对腐蚀尤为敏感，bonding-pad腐蚀通常比芯片内部腐蚀更常见，原因仅仅在于芯片级钝化层（通常为氮化硅或氧化氮化硅）并未覆盖bonding-pad金属化层. 此外，来自铝及/或保护性覆盖层蚀刻的残留氯化物，加上水分，都可能导致铝腐蚀。

如果芯片钝化层存在某些缺陷或损伤，导致水分和污染物（如氯化物）渗入暴露的金属层，则可能发生内部腐蚀（即芯片内部、远离bonding-pad的区域），内部腐蚀会导致芯片局部区域出现电气断路。

腐蚀通常可通过腐蚀电池来描述，腐蚀电池必须具备四个关键组成部分才能发生腐蚀：阳极（发生氧化反应的区域）、阴极（发生还原反应的区域）、电解质（离子可从中扩散）以及导体（为电子从氧化区域流向还原区域提供通路）. 如果覆盖在金属化层上的原生氧化层存在缺陷，就会发生金属腐蚀（氧化）。

上图为湿腐蚀的一个实例，湿腐蚀通常具有较低的活化能，这是因为扩散离子在水中的迁移率极高，为了使腐蚀电池持续工作，离子必须能够从阳极/阴极区域扩散出去 . 在水中，这种扩散过程就会相对容易. 

通常情况下，铝会形成良好的自钝化氧化层，其腐蚀性远低于铜，尽管电化学显示的情况恰恰相反.然而，如果存在氯化物和水分，则保护铝的天然氧化层 Al₂O₃会迅速被还原. 一旦天然氧化层被还原，暴露出了高活性的原始金属表面，腐蚀就会迅速进行. 

为了使腐蚀以较快的速度持续进行，离子必须能够快速地在氧化/还原区域之间进行扩散.    这种现象在液体中最为容易发生，因为液体中的扩散活化能通常非常低， 约为 0.3 eV.   然而，对于干腐蚀或环境腐蚀，扩散活化能通常较高，且腐蚀速率在很大程度上取决于相对湿度（%RH）. 事实上，研究发现氧化物表面的离子迁移率在相当宽的相对湿度范围内呈指数依赖关系. 当表面迁移率受相对湿度限制时，预期失效时间将由湿度决定, 此外，还可能形成膨胀性腐蚀产物M(OH)n. 相对湿度（%RH）对表面/界面离子迁移率影响显著.  为了使腐蚀电池正常工作，离子必须能够从阳极/阴极区域扩散出来. 否则，局部离子的积累将产生电势，从而抵消化学腐蚀电势。

通常，在对晶圆上的电镀铜层进行化学机械抛光（CMP）后，暴露的铜层极易发生氧化.  铜的氧化（电路中其他未显示的部分）会释放出铜离子，这些离子随后可扩散穿过介电层表面.  如果发现接地节点（例如上图所示连接 N 阱的铜过孔），则可能会发生铜离子的还原/再电镀，从而形成如图左边所示早期阶段中的不良铜结节，后期阶段如图右边所示. 

腐蚀的失效时间模型

为了监测封装芯片的腐蚀敏感性，业界通常采用以下三种标准腐蚀测试中的一种或多种.  这三种测试已被广泛用于加速潜在的集成电路腐蚀失效机制：偏置条件（85°C 和 85%RH）、autoclave（121°C 和 100%RH）以及高加速应力测试（HAST）条件（通常为偏置条件，130°C和 85%RH).   将封装芯片在高加速条件下的腐蚀结果外推至实际使用条件，目前已应用了至少三种模型。

References：

[1]Reliability.Physics.and.Engineering

[2]半导体器件可靠性物理