专利名称：互连线电迁移寿命的确定方法
技术领域：
本发明涉及半导体测试领域，尤其涉及互连线电迁移寿命的确定方法。
背景技术：
金属互连线的电迁移是微电子器件中主要的可靠性问题，当金属线通电后，金属 原子在电子的推动下发生迁移，导致金属线条的短路或开路，因此金属电迁移是集成电路 可靠性评估的重要内容之一。行业内集成电路可靠性评估是根据JEDEC标准来执行的，根 据JEDEC标准的要求，金属线条的电迁移不仅需要评估设计规则规定的最小线宽的线条， 而且需要评估线条宽度大于平均晶粒尺寸的线条，因为金属寿命与线条宽度并不是呈单向 性，而是呈抛物线规律，在特定金属线宽度下，寿命会呈现最小值。金属线寿命的最坏结果出现在线宽为2-3倍晶粒宽度的情况，此时晶界迁移的效 应为最大。当金属宽度大于该晶粒尺寸值，则晶界数增多导致金属迁移途径增多，使得寿命 变长；当金属宽度小于该晶粒尺寸值，则逐渐产生“斑竹”效应，寿命提高。因此评估金属电 迁移的结构有最小线宽和最坏情况下的寿命两种情况。对于最小线宽只需按照设计规则制 定宽度即可，而对于最坏情况较难制定，平均晶粒宽度会随工艺的变化而变化。传统制定可 靠性评估结构时，定义最坏情况的金属线宽均为凭借经验，或参考其他厂家该工艺代的结 构而制定。这样虽然可以得到结果，但无法反应该工艺的真实状况，也无法得到最坏情况下 的可靠性寿命。
发明内容
为解决现有技术中，制定可靠性评估结构时，定义最坏情况的金属线宽均为凭借 经验，或参考其他厂家该工艺代的结构而制定，无法得到最坏情况下的可靠性寿命的问题， 本发明提供互连线电迁移寿命的确定方法。本发明提供互连线电迁移寿命的确定方法，具体如下选择至少三种不同线宽的互连线，所述至少三种不同线宽的互连线均在同一确定 工艺条件下形成；测试每种线宽互连线不同结构的失效时间，利用其统计分布得到每种线宽互连线 相应的平均失效时间；根据black方程，得到确定温度、确定电流密度时，每种线宽互连线的归一化寿 命；利用二次多项式，拟合得到互连线归一化寿命与线宽的二次函数关系式；通过所述二次函数关系式对应的曲线，得到最坏情况下的电迁移寿命，从而得到 该最坏情况下的电迁移寿命对应的线宽。优选的，所述至少三种不同线宽的互连线的一种线宽为设计规则规定的最小线
觅O优选的，所述每种线宽互连线不同结构的失效时间利用电阻-时间曲线得到。
优选的，每种线宽互连线的电阻-时间曲线是通过Isothermal-EM测试方法得到 的。优选的，所述失效时间为互连线电阻值变化率大于20%或15%或10%的测试时 间。本发明的互连线电迁移寿命的确定方法，可以对确定工艺条件下，至少三种线宽 互连线的线宽和电迁移寿命，利用统计分布和black方程，拟合得到互连线归一化寿命与 线宽的二次函数关系式，通过所述二次函数关系式对应的曲线，得到最坏情况下的电迁移 寿命，所述最坏情况下的电迁移寿命也就是所述对应曲线最低点对应电迁移寿命，从而得 到该最坏情况下的电迁移寿命对应的线宽。得到了最坏情况下的电迁移寿命对应的线宽， 可以准确制定互连线的可靠性评估结构，从而有利于为集成电路可靠性评估提供准确结 果，并为开发金属工艺提供重要信息。
图1为本发明实施例的线宽与归一化寿命的关系图。
具体实施例方式为使本发明要保护的范围更加清楚，发明内容更容易理解，下面介绍本发明的较 佳实施例。本发明通过测量互连线的测试每种线宽互连线不同结构的失效时间，再利用 black方程得到至少三种宽度的互连线的归一化寿命，从而拟和得到互连线电迁移寿命与 互连线线宽之间的二次函数关系，进而可以得出任意宽度互连线的电迁移寿命。本发明提供互连线电迁移寿命的确定方法，具体如下选择至少三种不同线宽的互连线，所述至少三种不同线宽的互连线均在同一确定 工艺条件下形成；测试每种线宽互连线不同结构的失效时间，利用其统计分布得到每种线宽互连线 相应的平均失效时间；根据black方程，得到确定温度、确定电流密度时，每种线宽互连线的归一化寿 命；利用二次多项式，拟合得到互连线归一化寿命与线宽的二次函数关系式；通过所述二次函数关系式对应的曲线，得到最坏情况下的电迁移寿命，从而得到 该最坏情况下的电迁移寿命对应的线宽。优选的，所述每种线宽互连线不同结构的失效时间利用电阻-时间曲线得到。每 种线宽互连线的电阻-时间曲线是通过Isothermal-EM测试方法得到的。为了解决现有技术中，不能准确得到最坏情况下的电迁移寿命对应的线宽，从而 不能准确制定互连线的可靠性评估结构的问题，本发明还通过所述二次函数关系式对应的 曲线，得到所述二次函数关系式得到最坏情况下的电迁移寿命，所述最坏情况下的电迁移 寿命也就是所述对应曲线最低点对应电迁移寿命，从而得到该最坏情况下的电迁移寿命对 应的线宽。得到了最坏情况下的电迁移寿命对应的线宽，可以准确指定互连线的可靠性评 估结构，对金属工艺的开发以及集成电路可靠性评估有着重要意义。
作为本发明的具体实施例，以下以0. 35 μ m工艺条件下，对互连线电迁移寿命的 确定方法进行具体描述。步骤一选择4种不同线宽的互连线，所述4种不同线宽分别为设计规则规定的最 小线宽(本例中的最小线宽为0. 55 μ m)、3 μ m、5 μ m、8 μ m ；在本实施例中，互连线的材质为金属铝；所测的结构为半导体器件的第二层互连 线.
一入 ，步骤二测试每种线宽互连线不同结构的失效时间，利用其统计分布得到每种线 宽互连线相应的平均失效时间；所述统计分布一般指正态统计分布；所述平均失效时间即互连线电阻值变化率大于特定值的时间，本实例中规定平均 失效时间为互连线电阻值变化率大于20%的测试时间；当然，平均失效时间也可以为互连 线电阻值变化率大于15%或10%的测试时间。步骤三利用black方程，推算出各线宽下互连线的归一化寿命(见JEDEC标 准——JP001)。所谓归一化寿命是将每种线宽互连线的平均失效时间利用统计方法，得到 的互连线平均失效时间，金属电迁移的失效时间遵循对数正态分布。将各种线宽下得到的 平均失效时间，利用black方程推导至统一的温度和电流密度条件下各种线宽的平均失效 时间，即为归一化寿命。利用各线宽的平均失效时间推导归一化寿命是本领域内的公知常 识，不再详述。在本实例中，金属线的归一化寿命为110摄氏度、电流密度为0.8 μ A/um时的寿 命；具体数据见下表
权利要求
1.互连线电迁移寿命的确定方法，其特征在于，包括如下步骤选择至少三种不同线宽的互连线，所述至少三种不同线宽的互连线均在同一确定工艺 条件下形成；测试每种线宽互连线不同结构的失效时间，利用统计分布得到每种线宽互连线相应的 平均失效时间；根据black方程，得到确定温度、确定电流密度时，每种线宽互连线的归一化寿命；利用二次多项式，拟合得到互连线归一化寿命与线宽的二次函数关系式；通过所述二次函数关系式对应的曲线，得到最坏情况下的电迁移寿命，从而得到该最 坏情况下的电迁移寿命对应的线宽。
2.根据权利要求1所述的互连线电迁移寿命的确定方法，其特征在于，所述互连线的 材质为金属。
3.根据权利要求1所述的互连线电迁移寿命的确定方法，其特征在于，所述至少三种 不同线宽的互连线的一种线宽为设计规则规定的最小线宽。
4.根据权利要求1所述的互连线电迁移寿命的确定方法，其特征在于，所述每种线宽 互连线不同结构的失效时间利用电阻-时间曲线得到。
5.根据权利要求4所述的互连线电迁移寿命的确定方法，其特征在于，每种线宽互连 线不同结构的电阻-时间曲线是通过Isothermal EM测试方法得到的。
6.根据权利要求5所述的互连线电迁移寿命的确定方法，其特征在于，所述失效时间 为互连线电阻值变化率大于20%或15%或10%的测试时间。
全文摘要
本发明提供互连线电迁移寿命的确定方法，包括选择至少三种不同线宽的互连线，所述至少三种不同线宽的互连线均在同一确定工艺条件下形成；测试每种线宽互连线不同结构的失效时间，利用统计分布得到每种线宽互连线相应的平均失效时间；根据black方程，得到确定温度、确定电流密度时，每种线宽互连线的归一化寿命；利用二次多项式，拟合得到互连线归一化寿命与线宽的二次函数关系式；通过所述二次函数关系式对应的曲线，得到最坏情况下的电迁移寿命，从而得到该最坏情况下的电迁移寿命对应的线宽。采用此发明方法可以精确评估该互连线最坏情况下的电迁移寿命，并为开发金属工艺提供重要信息。
文档编号G01R31/26GK102116828SQ201010604728
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者任铮, 冯程程, 周伟, 唐逸 申请人:上海集成电路研发中心有限公司