專利名稱：確定em測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因 子的方法。
背景技術(shù)：
Ea和N分別是EM (EM =Electro-Migration,電遷移)測(cè)試結(jié)構(gòu)的溫度活化能和電 流加速因子。對(duì)應(yīng)不同的工藝、不同的結(jié)構(gòu)或不同的材料，溫度活化能Ea和電流加速因子 N都會(huì)不一樣。因此，對(duì)于新工藝、新結(jié)構(gòu)或新材料，都要重新推導(dǎo)Ea和N，以便更精確的推 導(dǎo)出EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命。傳統(tǒng)的獲得EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的兩個(gè)加速因子的方法是3J3T實(shí)驗(yàn)(參考《電子器 件工程聯(lián)合委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)》，1998. 2，《計(jì)算電遷移模型中電流密度和溫度參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法》 JEDEC STANDARD JESD63>, February 1998 standardmethod for calculating the electro migration model parameters forcurrent density and temperature)。艮口，實(shí) 驗(yàn)分兩步進(jìn)行固定溫度，通過(guò)3組不同的電流加速實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出N ；固定電流，通過(guò)3組不同 的溫度加速實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出Ea。上述兩步順序可以顛倒。傳統(tǒng)的做法是依據(jù)Black方程(1)，通過(guò)兩組實(shí)驗(yàn)分別推導(dǎo)出Ea和N。Black方 程^50 =A· J'N ·exp(^r), ι、
ΚΙ ----------(1)t50 該組樣品在累計(jì)實(shí)效率為50%時(shí)的壽命，也稱中位壽命，A 常數(shù)，僅與材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，Ea 溫度加速因子，也稱活化能，單位為eV，N:電流加速因子，J 電流密度，單位為MA/cm2，K:玻爾茲曼常數(shù)，8.617E_5eV/K，Τ:絕對(duì)溫度，單位為K。實(shí)驗(yàn)方案如表1所示，表1中，〇表示有該組實(shí)驗(yàn)，NA表示沒(méi)有該組實(shí)驗(yàn)。第一組 實(shí)驗(yàn)固定溫度(爐溫)，做至少3組不同的電流加速實(shí)驗(yàn)，推導(dǎo)出N，稱為推N實(shí)驗(yàn)，推導(dǎo)原 理如圖1所示；第二組實(shí)驗(yàn)固定電流，做至少3組不同的溫度(爐溫)加速實(shí)驗(yàn)，推導(dǎo)出 Ea，稱為推Ea實(shí)驗(yàn)，推導(dǎo)原理如圖2所示。這樣傳統(tǒng)方法至少需要5組實(shí)驗(yàn)才能較為精確 地推出Ea和N。當(dāng)然，從原理上來(lái)講，在推N和推Ea實(shí)驗(yàn)中，各用2組實(shí)驗(yàn)即可得出N和 Ea，但是這樣的結(jié)果誤差會(huì)很大，不如3組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果精確。表1
一般EM測(cè)試設(shè)備都是通過(guò)爐腔來(lái)設(shè)置測(cè)試的加速溫度，因此每個(gè)爐腔每次實(shí)驗(yàn) 只能是一個(gè)固定溫度。這樣傳統(tǒng)方法至少需要使用3個(gè)(次)爐腔才能推導(dǎo)出Ea和N。另外，眾所周知，在金屬內(nèi)通電流后，不可避免產(chǎn)生焦耳熱。傳統(tǒng)方法在推N實(shí)驗(yàn) 中，假設(shè)電流足夠小以便能忽略焦耳熱對(duì)溫度的影響。對(duì)于尺寸較大的EM測(cè)試結(jié)構(gòu)，焦耳 熱很難避免，這勢(shì)必影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了避免焦耳熱的影響，必須用較小的電流來(lái)做加 速實(shí)驗(yàn)，如果電流過(guò)小，又達(dá)不到加速的目的。鑒于此，有人想出辦法對(duì)推N實(shí)驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)正， 即先通過(guò)推Ea實(shí)驗(yàn)得到Ea，然后對(duì)推N實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行溫度修正。這種方法雖然解決了 傳統(tǒng)方法的推N實(shí)驗(yàn)中焦耳熱引起的偏差，但是操作起來(lái)比較繁瑣，占用實(shí)驗(yàn)資源也依然 較多(由于該法基于傳統(tǒng)方法，因此依然至少需要使用3個(gè)(次)爐腔和5組實(shí)驗(yàn)才能推 導(dǎo)出Ea和N。)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法，能 夠用較少的樣品量和實(shí)驗(yàn)設(shè)備(高溫爐)，準(zhǔn)確獲得EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的兩個(gè)加速因子Ea和N。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法的技術(shù)方案是， 包括以下步驟1)在爐溫升溫過(guò)程中采用不會(huì)使EM結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焦耳熱的電流測(cè)量EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的電 阻溫度系數(shù)；2)當(dāng)爐溫升溫到預(yù)設(shè)的溫度后，在至少三組電流條件下進(jìn)行電流加速，其中至少有 兩組能使EM測(cè)試結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同焦耳熱，測(cè)量EM測(cè)試結(jié)構(gòu)在上述不同電流條件下的電阻值；3)根據(jù)電阻溫度系數(shù)和電阻值計(jì)算EM測(cè)試結(jié)構(gòu)在不同電流條件下的實(shí)際溫度；4)進(jìn)行EM實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采集每組實(shí)驗(yàn)條件下的中位壽命；5)利用步驟3)中得到的EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的實(shí)際溫度值和電流條件和步驟4)中得到 的中位壽命，根據(jù)black方程計(jì)算加速因子。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是，步驟1)中通過(guò)在爐溫升溫過(guò)程中測(cè)量多組EM測(cè)試 結(jié)構(gòu)的電阻，并計(jì)算EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的電阻溫度系數(shù)作為本發(fā)明另一種進(jìn)一步改進(jìn)是，步驟4)中計(jì)算加速因子之前先檢測(cè)和去除孤立點(diǎn)。本發(fā)明在一個(gè)固定的爐溫條件下，做多組不同的電流加速實(shí)驗(yàn)，利用EM測(cè)試結(jié)構(gòu) 在高電流密度下自加熱的特點(diǎn)，使多組實(shí)驗(yàn)的溫度也各不相同，然后利用Black方程解出 Ea和N。從而本發(fā)明能節(jié)省實(shí)驗(yàn)資源；而且，由于每組實(shí)驗(yàn)的溫度都是測(cè)試結(jié)構(gòu)實(shí)際溫度，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度能達(dá)到對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行溫度修正后的效果。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1為推導(dǎo)N的實(shí)驗(yàn)原理圖；圖2為推導(dǎo)Ea的實(shí)驗(yàn)原理圖；圖3為本發(fā)明流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法也是要在通常所用的爐腔中進(jìn)行， 是將爐腔的溫度設(shè)定在一個(gè)固定的溫度上，而對(duì)EM測(cè)試結(jié)構(gòu)加上不同的電流密度來(lái)進(jìn)行 測(cè)試。如圖3所示，本發(fā)明包括以下的步驟首先，在將爐腔升溫到設(shè)定溫度的過(guò)程中，通過(guò)微小的電流，在某幾個(gè)溫度下測(cè)量 EM測(cè)試結(jié)構(gòu)兩端的電壓，進(jìn)而計(jì)算出電阻，根據(jù)溫度，結(jié)合所測(cè)的電阻值計(jì)算EM測(cè)試結(jié)構(gòu) 的溫度系數(shù)。在上述過(guò)程中，為了準(zhǔn)確測(cè)量出電阻溫度系數(shù)，除了多采用一些電阻-溫度數(shù)據(jù)， 還需要控制電流的大小，使得在EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中不產(chǎn)生焦耳熱，保證EM測(cè)試結(jié)構(gòu)實(shí)際的溫度 不因?yàn)榇箅娏鳟a(chǎn)生的焦耳熱和升高，也即保證了 EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的實(shí)際溫度與爐腔顯示的溫 度相等。一般來(lái)說(shuō)，在此過(guò)程中控制電流小于0. 1MA。然后，當(dāng)爐溫升溫到預(yù)設(shè)的溫度后，在3組電流條件下進(jìn)行電流加速，其中至少有 兩組能使EM測(cè)試結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同焦耳熱，并測(cè)量EM測(cè)試結(jié)構(gòu)在上述不同電流條件下的電阻 值。本發(fā)明實(shí)施例采用3組數(shù)據(jù)在某一固定爐溫T下，3組不同的電流條件Jl，J2，J3。 對(duì)3組電流的要求至少有兩組電流能使EM測(cè)試結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自加熱(焦耳熱)，一般來(lái)說(shuō)當(dāng) 電流密度大于IMA/cm2即能令EM測(cè)試結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焦耳熱，不同的電流條件將產(chǎn)生不同的焦耳 熱，從而使EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的實(shí)際溫度隨著不同的電流條件而產(chǎn)生不同的焦耳熱，因此在不同 的電流條件下對(duì)應(yīng)不同的實(shí)際溫度。在EM實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，記錄不同電流條件下的EM測(cè)試結(jié) 構(gòu)的電阻值。接著，利用電阻的正溫度系數(shù)計(jì)算出測(cè)試結(jié)構(gòu)在電流加速條件下的實(shí)際溫度，即 記在J1，J2，J3電流加速條件下，各組樣品的實(shí)際溫度(所有樣品的平均溫度)分別為T(mén)l， T2，T3。這樣就得到三組關(guān)于電流和溫度的數(shù)據(jù)。用同樣的方法可以采集更多組的關(guān)于電 流和溫度的數(shù)據(jù)，并且可以通過(guò)數(shù)值解析方法檢測(cè)和去除孤立點(diǎn)，減少誤差。最后，得到3組實(shí)驗(yàn)條件下的EM測(cè)試結(jié)構(gòu)實(shí)際溫度值和電流條件，根據(jù)black方 程計(jì)可以計(jì)算出加速因子。具體的方法如下實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以得到3組電流加速實(shí)驗(yàn)的EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的中位壽命分別為t1;t2， t3。依據(jù)Black方程(1)，得到如下的方程組 其中，tl為第一次電流條件下該組樣品的中位壽命，A 常數(shù)，僅與材料和結(jié)構(gòu)有 關(guān)，Ea 溫度加速因子，也稱活化能，單位為eV，N 電流加速因子，J 電流密度，單位為MA/ cm2, K 玻爾茲曼常數(shù)，8. 617E-5eV/K, T 絕對(duì)溫度，單位為K。由于本發(fā)明中爐腔只有一個(gè)設(shè)定溫度，因此只需要用一個(gè)(次)高溫爐腔，做3組 不同的電流加速實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和樣品分別比傳統(tǒng)方法減少67 %和40 %，大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn) 資源。而且，從效果上來(lái)看，不論對(duì)于推導(dǎo)N還是推導(dǎo)Ea，都是3組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度跟 傳統(tǒng)方法一樣。另外，由于每組實(shí)驗(yàn)的溫度都是測(cè)試結(jié)構(gòu)實(shí)際溫度，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度 能達(dá)到對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行溫度修正后的效果。本發(fā)明用較少的樣品量和實(shí)驗(yàn)設(shè)備(高溫爐)，準(zhǔn)確獲得EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的兩個(gè)加速 因子Ea和N。從而降低測(cè)量EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的兩個(gè)加速因子Ea和N的成本，提高生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求
一種確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法，其特征在于，包括以下步驟1)在爐溫升溫過(guò)程中采用不會(huì)使EM結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焦耳熱的電流測(cè)量EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的電阻溫度系數(shù)；2)當(dāng)爐溫升溫到預(yù)設(shè)的溫度后，在至少三組電流條件下進(jìn)行電流加速，其中至少有兩組能使EM測(cè)試結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同焦耳熱，測(cè)量EM測(cè)試結(jié)構(gòu)在上述不同電流條件下的電阻值；3)根據(jù)電阻溫度系數(shù)和電阻值計(jì)算EM測(cè)試結(jié)構(gòu)在不同電流條件下的實(shí)際溫度；4)進(jìn)行EM實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采集每組實(shí)驗(yàn)條件下的中位壽命；5)利用步驟3)中得到的EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的實(shí)際溫度值和電流條件和步驟4)中得到的中位壽命，根據(jù)black方程計(jì)算加速因子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法，其特征在于，步驟1)中 通過(guò)在爐溫升溫過(guò)程中測(cè)量多組EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的電阻，并結(jié)合溫度計(jì)算EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的電阻 溫度系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法，其特征在于，當(dāng)步驟2) 中在至少四組電流條件下進(jìn)行電流加速，并且有至少三組能使EM測(cè)試結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焦耳熱時(shí)， 步驟5)中計(jì)算加速因子之前先檢測(cè)和去除孤立點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法，其特征在于，步驟5)中 采用數(shù)值解析方法檢測(cè)和去除孤立點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法，其特征在于，步驟1)中 電流小于0. 1mA。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法，其特征在于，步驟2)中 電流密度大于IMA/cm2。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種確定EM測(cè)試結(jié)構(gòu)中加速因子的方法，1.在爐溫升溫過(guò)程中采用不會(huì)使EM結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焦耳熱的電流測(cè)量EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的電阻溫度系數(shù)；2.當(dāng)爐溫升溫到預(yù)設(shè)的溫度后，在至少三組電流條件下進(jìn)行電流加速，其中至少有兩組能使EM測(cè)試結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同焦耳熱，測(cè)量EM測(cè)試結(jié)構(gòu)在不同電流條件下的電阻值；3.根據(jù)電阻溫度系數(shù)和電阻值計(jì)算EM測(cè)試結(jié)構(gòu)在不同電流條件下的實(shí)際溫度；4.進(jìn)行EM實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采集每組實(shí)驗(yàn)條件下的中位壽命；5.利用EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的實(shí)際溫度值和電流條件和中位壽命，根據(jù)black方程計(jì)算加速因子。本發(fā)明能降低測(cè)量EM測(cè)試結(jié)構(gòu)的兩個(gè)加速因子Ea和N的成本，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G01R27/02GK101923124SQ200910057429
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者張會(huì)銳, 陳建鋼 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司