專利名稱：硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬超大規(guī)模集成電路制造領(lǐng)域，涉及該領(lǐng)域中金屬互連線可靠性評(píng)價(jià)的溫度補(bǔ)正方法，具體地說(shuō)，是一種用于硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法。
背景技術(shù)：
金屬互連線的電遷移是微電子器件的主要失效機(jī)理之一，電遷移造成金屬互連線的開路和短路，致使電路失效。在器件向亞微米、深亞微米發(fā)展后，金屬互連線的寬度不斷減小，電流密度不斷增加，更易于因電遷移而失效。因此，隨著超大規(guī)模集成電路制造工藝的進(jìn)步，對(duì)金屬互連線抗電遷移能力的評(píng)價(jià)愈加受到人們的重視。
但是，傳統(tǒng)的電遷移評(píng)價(jià)方法需要對(duì)樣品劃片后進(jìn)行封裝測(cè)試，從封裝到評(píng)價(jià)完成需要耗用幾周的時(shí)間，不僅效率較低，而且根本無(wú)法對(duì)金屬互連線的質(zhì)量進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。硅片級(jí)測(cè)試則可以高效快速得到金屬工藝的在線評(píng)價(jià)，具體方法是在測(cè)試結(jié)構(gòu)上施加大電流，通過(guò)其本身發(fā)熱的方式來(lái)加速電遷移測(cè)試過(guò)程。然而由于每個(gè)結(jié)構(gòu)的初始電阻不可能完全一致，這就導(dǎo)致施加相同電流時(shí)，每個(gè)結(jié)構(gòu)的最后溫度均不相同，這樣就無(wú)法準(zhǔn)確外推出金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的電遷移壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服目前通用的硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中存在的測(cè)試溫度離散性問(wèn)題，提供一種用于硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度補(bǔ)正方法，將實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行溫度修正，從而得到一個(gè)準(zhǔn)確的金屬互連線電遷移壽命值。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法，其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)在于，它包括以下步驟
1)采取固定的加速電流，依靠電流產(chǎn)生的熱來(lái)升高金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度；2)通過(guò)對(duì)多個(gè)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)溫度的實(shí)際測(cè)量，取得一組金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)T1～Tn以及相應(yīng)的失效時(shí)間t1～tn；3)采取數(shù)據(jù)歸一化的方式，將一組實(shí)際測(cè)得的金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度值T1～Tn以一個(gè)共同的溫度值T’作為換算公式的參數(shù)，進(jìn)而得到相應(yīng)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的失效時(shí)間t1’～tn’。
上述的硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中溫度修正方法，其中，所述的換算公式為ti'=ti×exp(EAk(1T'-1Ti))]]>式中i＝1，2，3，～nEA是金屬原子發(fā)生電遷移時(shí)的激活能；k是玻耳茲曼常數(shù)；T是根據(jù)電阻溫度關(guān)系推算出來(lái)的實(shí)際溫度；T’是為進(jìn)行溫度修正而設(shè)定的歸一化的共同的新溫度值；t是金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)為溫度T時(shí)實(shí)際測(cè)試到的失效時(shí)間；t’是將溫度T歸一化到溫度T’時(shí)而換算得到的相應(yīng)測(cè)試結(jié)構(gòu)的失效時(shí)間。
上述的硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中溫度修正方法，其中，所述實(shí)際測(cè)得的一組金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)T1～Tn，其中的n值為5～100。
上述的硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中溫度修正方法，其中，所述實(shí)際測(cè)得的一組金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)T1～Tn的取值點(diǎn)范圍可在300℃～400℃之間。
上述的硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中溫度修正方法，其中，所述共同的溫度值T’的取值點(diǎn)范圍可為330℃～370℃。
由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
對(duì)于硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試，通常均是采取固定的加速電流，依靠電流在電阻上產(chǎn)生的熱來(lái)升高金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度。但是由于每個(gè)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的電阻總是或多或少地存在些細(xì)微的差別，就會(huì)導(dǎo)致在金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)上施加加速電流相同的情況下，其所產(chǎn)生的溫度明顯不同，離散性很大，無(wú)法準(zhǔn)確推算出金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的電遷移壽命。
利用本發(fā)明硅片級(jí)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法，在共同溫度T’下經(jīng)過(guò)公式換算得到的失效時(shí)間，可以真正反映出特定電流相對(duì)應(yīng)的電遷移加速過(guò)程，從而可以快速準(zhǔn)確推算出金屬互連線電遷移壽命。


通過(guò)以下實(shí)施例并結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖中，圖1為本發(fā)明電遷移失效時(shí)間的Log-normal(一種對(duì)數(shù)正態(tài)分布的統(tǒng)計(jì)方法)分布圖。
圖中，A未做溫度修正的失效時(shí)間分布；B已做溫度修正的失效時(shí)間分布。
具體實(shí)施例方式
硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試一般采取固定的加速電流，靠電流產(chǎn)生的熱來(lái)升高金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度。但是由于每個(gè)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)總是存在著細(xì)微的差別，這就導(dǎo)致相同的加速電流產(chǎn)生不同的溫度。
在這種情況計(jì)算出的電遷移壽命將是過(guò)分保守的，由于溫度的離散度較大，因此，必須對(duì)其進(jìn)行合理的修正。
本實(shí)施例中所采用的硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法，主要包括以下步驟1)采取固定的加速電流，依靠電流產(chǎn)生的熱來(lái)升高金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度。固定加速電流的大小應(yīng)根據(jù)具體的金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)來(lái)選取，一般為10～100mA。
2)通過(guò)對(duì)多個(gè)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)溫度的實(shí)際測(cè)量，取得一組金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)T1～Tn，作為統(tǒng)計(jì)分析，其中，n的取值通常是越大越好。
3)采取數(shù)據(jù)歸一化的方式，將一組實(shí)際測(cè)得的金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度值T1～Tn以一個(gè)共同的溫度值T’作為換算公式的參數(shù)，進(jìn)而得到相應(yīng)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的失效時(shí)間t’；共同溫度值T’一般可選取為T1～Tn之間的某一點(diǎn)。
表1和表2是本實(shí)施例的一些具體參數(shù)，其失效時(shí)間對(duì)應(yīng)所施加的固定加速電流為75mA。其中，表1中的n值取10點(diǎn)，從表1中可清楚地看出溫度高的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的失效時(shí)間較短；反之，溫度低的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的失效時(shí)間則較長(zhǎng)。表2中的n值取15點(diǎn)，如果選取一個(gè)共同溫度T’為350℃，那么可根據(jù)表2的失效時(shí)間ti(秒)通過(guò)公式Black方程的換算，得到溫度為T’時(shí)的新失效時(shí)間tj’ti'=ti×exp(EAk(1T'-1Ti))]]>式中i＝1，2，3，～nEA是金屬原子發(fā)生電遷移時(shí)的激活能；k是玻耳茲曼常數(shù)；T是根據(jù)電阻、電流、溫度關(guān)系推算出來(lái)的實(shí)際溫度；T’是為進(jìn)行溫度修正而設(shè)定的歸一化的共同的新溫度值；t是沒(méi)有經(jīng)過(guò)溫度修正的測(cè)試結(jié)構(gòu)的失效時(shí)間；t’是將T歸一化到T’溫度時(shí)的相應(yīng)的測(cè)試結(jié)構(gòu)的失效時(shí)間。
從表1中可以清楚地看出，較高溫度值所對(duì)應(yīng)的失效時(shí)間較短；反之則較長(zhǎng)。由于溫度的離散度較大，在這種情況計(jì)算出的電遷移壽命將是過(guò)分保守的。
由表2中的數(shù)據(jù)我們可以看到數(shù)據(jù)離散度明顯改善。圖1是對(duì)應(yīng)表2中的數(shù)據(jù)所畫出的直線圖。從圖1中可清楚地看出沒(méi)有經(jīng)過(guò)溫度修正的失效時(shí)間的分布非常離散，用Log-normal分布對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以看到其斜率Sigma大約為0.62，如圖1中箭頭A所指。
一般金屬電遷移所得到的斜率Sigma值大約在0到0.5之間，并且是越小越好。本實(shí)驗(yàn)得到的0.62是比較差的結(jié)果，在這種情況下所計(jì)算出的電遷移壽命要小于10年，得出了過(guò)分保守的結(jié)論。由此表明，上述方法尚存在一定的缺陷。
于此同時(shí)，也不難看出，經(jīng)過(guò)溫度修正的用共同溫度替代的新失效時(shí)間的分布離散性則明顯得到改善，新斜率Sigma只有原先的一半0.33，如圖1中箭頭B所指。在這種情況下所計(jì)算出的電遷移壽命則大于10年，符合工業(yè)規(guī)范，結(jié)果合格。
由此可見，對(duì)硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試結(jié)果進(jìn)行溫度修正非常必要，尤其是對(duì)于那些比較臨界的測(cè)試結(jié)果，利用上述方法則可以快速準(zhǔn)確地外推出金屬電遷移壽命。
表1-測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度和失效時(shí)間

表2-測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度、失效時(shí)間以及修正后的失效時(shí)間

權(quán)利要求
1.硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法，其特征在于，它包括以下步驟1)采取固定的加速電流，依靠電流產(chǎn)生的熱來(lái)升高金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度；2)通過(guò)對(duì)多個(gè)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)溫度的實(shí)際測(cè)量，取得一組金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)T1～Tn以及相應(yīng)的失效時(shí)間t1～tn；3)采取數(shù)據(jù)歸一化的方式，將一組實(shí)際測(cè)得的金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度值T1～Tn以一個(gè)共同的溫度值T’作為換算公式的參數(shù)，進(jìn)而得到相應(yīng)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的失效時(shí)間t1’～tn’。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法，其特征在于，所述的換算公式為式中ti′=ti×exp(EAk(1T′-1Ti))]]>i＝1，2，3，～nEA是金屬原子發(fā)生電遷移時(shí)的激活能；k是玻耳茲曼常數(shù)；T是根據(jù)電阻溫度關(guān)系推算出來(lái)的實(shí)際溫度；T’是為進(jìn)行溫度修正而設(shè)定的歸一化共同的溫度值；t是金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)為溫度T時(shí)實(shí)際測(cè)試到的失效時(shí)間；t’是將溫度T歸一化到溫度T’時(shí)而換算得到的相應(yīng)測(cè)試結(jié)構(gòu)的失效時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度修正方法，其特征在于，所述實(shí)際測(cè)得的一組金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)T1～Tn，其中的n值為5～100。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法，其特征在于，所述實(shí)際測(cè)得的一組金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)T1～Tn的取值點(diǎn)范圍可在300℃～400℃之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法，其特征在于，所述共同的溫度值T’的取值點(diǎn)范圍可為330℃～370℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅片級(jí)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移測(cè)試中的溫度修正方法，它是將實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行溫度修正，從而得到一個(gè)準(zhǔn)確的金屬電遷移壽命值。采取固定的加速電流，依靠電流產(chǎn)生的熱來(lái)升高金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度；通過(guò)對(duì)多個(gè)金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)溫度的實(shí)際測(cè)量，取得一組金屬測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)T
文檔編號(hào)H01L21/66GK1988124SQ200610147840
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者萬(wàn)星拱, 卜皎 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 上海華虹Nec電子有限公司