集成电咱金属化可靠性评价技术.pdfVIP

集成电路金属化可靠性评价技术 思云飞章晓文罗宏伟 信息产业部电子第五研究所510610 摘要：本文采用了标准的集成电路金属化可靠性评价试验方法对集成电路金属布线的抗 电迁移能力进行了可靠性评价试验，并预计了工作应力条件下电迁移寿命．该试验方法 通用、简便、可靠，是标准的集成电路工艺线金属化可靠性评价和保证的重要方法． 1．引言 影响集成电路可靠性的因素很多．从芯片本身来说主要的可靠性问题来自端口、内 部互连和氧化层，在集成电路中金属内部互连包括金属半导体接触、多层金属通孔和多 层金属布线，无论器件特征尺寸是3岬还是0．189sn，也无论采用了什么样的金属化工艺， 金属化系统的可靠性问题始终存在并影响到整个集成电路的可靠性． 集成电路金属化系统可靠性评价的方法很多．标准的晶片级电迁移评价试验SWEAT 方法，金属能量击穿BEM方法，高温大电流加速试验方法等，这些方法都是直接针对集 成电路金属化的加速应力试验方法，在EIA的JEDEC标准和ASTM标准中都有相应的 标准给出． 本文采用高温大电流加速试验方法评价集成电路金属布线的抗电迁移能力，并预计 了工作应力条件下的电迁移寿命． 2．电迁移试验 试验样品结构设计采用四端电阻，材料是AJ和AISi．对电迁移试验样品进行高温恒 定电流试验，试验温度200℃，电流密度1X10‘A／cm2，恒流源提供恒定电流，无外接电 阻，失效判据为电阻值超过初始值10％为失效．样品宽度4pm．$pm。试验设备采用比 电流精度 利时进口的电迁移与互连试验专甩设备系统．应力电流范围30衅-300mA， 250ppm．应力温度100℃-250℃，温度稳定性0．02℃。试验时间504小时． 3．电迁移试验数据分析和寿命预计 3．1温度系数和焦耳熟 在小电流100uA下测定电阻条的温度系数TCR．参考温度25(2。金属条电阻随温度 的变化符台下式 且=五，盯【1+彻-盯一I可JJ (1) 式中：R一温度T时样品电阻，n； R。一参考温度时样品电阻，n： TcR一温度系数．i／K； T一测试时环境温度，K； 1；一参考环境温度，K． ·233· 5 4 5 3 5 2 2笆口星i∞v 5 l ¨吼∽n呲讥¨m㈨5 O 0．00E+005．00B+011．00E+021．50E+02 T-Tref(℃1 根据(1)式和样品在200℃，I×106A／cm2应力下的电阻测量值计算得到焦耳热温度计 算结果表I。 表I焦耳热温度 I Rref Tmf R TCR T 焦耳熟温度I l ∞) (℃) (Q) (℃) (℃) I 6．0048 25 i0．165570．0037 212．272312．2723 l