CN1988124A - 硅片级金属测试结构电迁移测试中的温度修正方法 - Google Patents

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CN1988124A CN 200610147840 CN200610147840A CN1988124A CN 1988124 A CN1988124 A CN 1988124A CN 200610147840 CN200610147840 CN 200610147840 CN 200610147840 A CN200610147840 A CN 200610147840A CN 1988124 A CN1988124 A CN 1988124A
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万星拱
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Abstract

本发明涉及一种硅片级金属测试结构电迁移测试中的温度修正方法，它是将实际测试结果进行温度修正，从而得到一个准确的金属电迁移寿命值。采取固定的加速电流，依靠电流产生的热来升高金属测试结构的温度；通过对多个金属测试结构温度的实际测量，取得一组金属测试结构的温度测试数据T1～Tn以及相应的失效时间t1～tn；采取数据归一化的方式，将一组实际测得的金属测试结构的温度值T1～Tn以一个共同的温度值T’作为换算公式的参数，进而得到相应金属测试结构的失效时间t1’～tn’。真正反映特定电流相对应的电迁移加速过程，从而快速准确地外推金属电迁移寿命。

Description

硅片级金属测试结构电迁移测试中的温度修正方法
技术领域
本发明属超大规模集成电路制造领域，涉及该领域中金属互连线可靠性评价的温度补正方法，具体地说，是一种用于硅片级金属测试结构电迁移测试中的温度修正方法。
背景技术
金属互连线的电迁移是微电子器件的主要失效机理之一，电迁移造成金属互连线的开路和短路，致使电路失效。在器件向亚微米、深亚微米发展后，金属互连线的宽度不断减小，电流密度不断增加，更易于因电迁移而失效。因此，随着超大规模集成电路制造工艺的进步，对金属互连线抗电迁移能力的评价愈加受到人们的重视。
但是，传统的电迁移评价方法需要对样品划片后进行封装测试，从封装到评价完成需要耗用几周的时间，不仅效率较低，而且根本无法对金属互连线的质量进行在线实时监控。硅片级测试则可以高效快速得到金属工艺的在线评价，具体方法是在测试结构上施加大电流，通过其本身发热的方式来加速电迁移测试过程。然而由于每个结构的初始电阻不可能完全一致，这就导致施加相同电流时，每个结构的最后温度均不相同，这样就无法准确外推出金属测试结构的电迁移寿命。
发明内容
本发明的目的旨在克服目前通用的硅片级金属测试结构电迁移测试中存在的测试温度离散性问题，提供一种用于硅片级金属测试结构电迁移测试中的温度补正方法，将实际测试结果进行温度修正，从而得到一个准确的金属互连线电迁移寿命值。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
硅片级金属测试结构电迁移测试中的温度修正方法，其实质性特点在于，它包括以下步骤：
1)采取固定的加速电流，依靠电流产生的热来升高金属测试结构的温度；
2)通过对多个金属测试结构温度的实际测量，取得一组金属测试结构的温度测试数据T1～Tn以及相应的失效时间t1～tn；
3)采取数据归一化的方式，将一组实际测得的金属测试结构的温度值T1～Tn以一个共同的温度值T’作为换算公式的参数，进而得到相应金属测试结构的失效时间t1’～tn’。
上述的硅片级金属测试结构电迁移测试中温度修正方法，其中，所述的换算公式为：
t i ' = t i × exp ( E A k ( 1 T ' - 1 T i ) )
式中：
i＝1，2，3，～n
EA是金属原子发生电迁移时的激活能；
k是玻耳兹曼常数；
T是根据电阻温度关系推算出来的实际温度；
T’是为进行温度修正而设定的归一化的共同的新温度值；
t是金属测试结构为温度T时实际测试到的失效时间；
t’是将温度T归一化到温度T’时而换算得到的相应测试结构的失效时间。
上述的硅片级金属测试结构电迁移测试中温度修正方法，其中，所述实际测得的一组金属测试结构的温度测试数据T1～Tn，其中的n值为5～100。
上述的硅片级金属测试结构电迁移测试中温度修正方法，其中，所述实际测得的一组金属测试结构的温度测试数据T1～Tn的取值点范围可在300℃～400℃之间。
上述的硅片级金属测试结构电迁移测试中温度修正方法，其中，所述共同的温度值T’的取值点范围可为330℃～370℃。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
对于硅片级金属测试结构电迁移测试，通常均是采取固定的加速电流，依靠电流在电阻上产生的热来升高金属测试结构的温度。但是由于每个金属测试结构的电阻总是或多或少地存在些细微的差别，就会导致在金属测试结构上施加加速电流相同的情况下，其所产生的温度明显不同，离散性很大，无法准确推算出金属测试结构的电迁移寿命。
利用本发明硅片级电迁移测试中的温度修正方法，在共同温度T’下经过公式换算得到的失效时间，可以真正反映出特定电流相对应的电迁移加速过程，从而可以快速准确推算出金属互连线电迁移寿命。
附图说明
通过以下实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。附图中，
图1为本发明电迁移失效时间的Log-normal(一种对数正态分布的统计方法)分布图。
图中，A：未做温度修正的失效时间分布；B：已做温度修正的失效时间分布。
具体实施方式
硅片级金属测试结构电迁移测试一般采取固定的加速电流，靠电流产生的热来升高金属测试结构的温度。但是由于每个金属测试结构总是存在着细微的差别，这就导致相同的加速电流产生不同的温度。
在这种情况计算出的电迁移寿命将是过分保守的，由于温度的离散度较大，因此，必须对其进行合理的修正。
本实施例中所采用的硅片级金属测试结构电迁移测试中的温度修正方法，主要包括以下步骤：
1)采取固定的加速电流，依靠电流产生的热来升高金属测试结构的温度。固定加速电流的大小应根据具体的金属测试结构来选取，一般为10～100mA。
2)通过对多个金属测试结构温度的实际测量，取得一组金属测试结构的温度测试数据T1～Tn，作为统计分析，其中，n的取值通常是越大越好。
3)采取数据归一化的方式，将一组实际测得的金属测试结构的温度值T1～Tn以一个共同的温度值T’作为换算公式的参数，进而得到相应金属测试结构的失效时间t’；共同温度值T’一般可选取为T1～Tn之间的某一点。
表1和表2是本实施例的一些具体参数，其失效时间对应所施加的固定加速电流为75mA。其中，表1中的n值取10点，从表1中可清楚地看出：温度高的点所对应的失效时间较短；反之，温度低的点所对应的失效时间则较长。表2中的n值取15点，如果选取一个共同温度T’为350℃，那么可根据表2的失效时间ti(秒)通过公式Black方程的换算，得到温度为T’时的新失效时间tj’：
t i ' = t i × exp ( E A k ( 1 T ' - 1 T i ) )
式中：
i＝1，2，3，～n
EA是金属原子发生电迁移时的激活能；
k是玻耳兹曼常数；
T是根据电阻、电流、温度关系推算出来的实际温度；
T’是为进行温度修正而设定的归一化的共同的新温度值；
t是没有经过温度修正的测试结构的失效时间；
t’是将T归一化到T’温度时的相应的测试结构的失效时间。
从表1中可以清楚地看出，较高温度值所对应的失效时间较短；反之则较长。由于温度的离散度较大，在这种情况计算出的电迁移寿命将是过分保守的。
由表2中的数据我们可以看到数据离散度明显改善。图1是对应表2中的数据所画出的直线图。从图1中可清楚地看出：没有经过温度修正的失效时间的分布非常离散，用Log-normal分布对结果进行统计可以看到其斜率Sigma大约为0.62，如图1中箭头A所指。
一般金属电迁移所得到的斜率Sigma值大约在0到0.5之间，并且是越小越好。本实验得到的0.62是比较差的结果，在这种情况下所计算出的电迁移寿命要小于10年，得出了过分保守的结论。由此表明，上述方法尚存在一定的缺陷。
于此同时，也不难看出，经过温度修正的用共同温度替代的新失效时间的分布离散性则明显得到改善，新斜率Sigma只有原先的一半0.33，如图1中箭头B所指。在这种情况下所计算出的电迁移寿命则大于10年，符合工业规范，结果合格。
由此可见，对硅片级金属测试结构电迁移测试结果进行温度修正非常必要，尤其是对于那些比较临界的测试结果，利用上述方法则可以快速准确地外推出金属电迁移寿命。
表1-测试结构的温度和失效时间
温度(℃) 失效时间(秒)
349 46
357 35
370 21
384 26
389 15
348 50
363 26
348 25
335 71
330 78
表2-测试结构的温度、失效时间以及修正后的失效时间
温度(℃) 失效时间(秒) 新失效时间(秒)
349.2 46.0 45.4
356.6 35.0 39.3
370.2 21.0 29.8
383.9 26.0 46.3
389.3 15.0 29.1
347.6 50.0 47.9
362.7 26.0 32.5
347.5 25.0 23.9
335.0 71.0 53.9
329.8 78.0 53.6
344.7 69.0 62.7
361.3 43.0 52.5
393.7 15.0 31.2
361.4 42.0 51.3
346.3 65.0 60.8

Claims (5)

1、硅片级金属测试结构电迁移测试中的温度修正方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)采取固定的加速电流，依靠电流产生的热来升高金属测试结构的温度；
2)通过对多个金属测试结构温度的实际测量，取得一组金属测试结构的温度测试数据T1～Tn以及相应的失效时间t1～tn；
3)采取数据归一化的方式，将一组实际测得的金属测试结构的温度值T1～Tn以一个共同的温度值T’作为换算公式的参数，进而得到相应金属测试结构的失效时间t1’～tn’。
2、根据权利要求1所述的硅片级金属测试结构电迁移测试中的温度
修正方法，其特征在于，所述的换算公式为：
式中： t i ′ = t i × exp ( E A k ( 1 T ′ - 1 T i ) )
i＝1，2，3，～n
EA是金属原子发生电迁移时的激活能；
k是玻耳兹曼常数；
T是根据电阻温度关系推算出来的实际温度；
T’是为进行温度修正而设定的归一化共同的温度值；
t是金属测试结构为温度T时实际测试到的失效时间；
t’是将温度T归一化到温度T’时而换算得到的相应测试结构的失效时间。
3.根据权利要求1所述的温度修正方法，其特征在于，所述实际测得的一组金属测试结构的温度测试数据T1～Tn，其中的n值为5～100。
4.根据权利要求1或3所述的硅片级金属测试结构电迁移测试中的
温度修正方法，其特征在于，所述实际测得的一组金属测试结构的温度测试数据T1～Tn的取值点范围可在300℃～400℃之间。
5.根据权利要求1或2所述的硅片级金属测试结构电迁移测试中的
温度修正方法，其特征在于，所述共同的温度值T’的取值点范围可为330℃～370℃。
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