互连线电迁移寿命的确定方法

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。

说明书

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。

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。

附图说明

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0.35μm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0.55μm)、3μm、5μm、8μm；

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；

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0.8μA/um时的寿命；具体数据见下表：

  线条宽度  归一化寿命(年)  最小线宽  317.87  3μm  159.80  5μm  111.11  8μm  140.86

用二次多项式拟合，得到拟合公式，本实例中的拟合公式为y＝7.82x²-90.36x+364.11(保留两位小数)；

步骤四：根据所述二次函数关系式y＝7.82x²-90.36x+364.11，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。

根据该拟合公式可知，在x＝5.78μm时，y具有最小值103年。故该互连线的最坏电迁移寿命为103年，最坏情况下的互连线宽度为5.78μm。知道了最坏情况下的互连线宽度，就可以在设计规则中避开所述宽度，还能真实的评估该工艺的金属可靠性。

图1为本发明实施例的线宽与归一化寿命的关系图，如图1所示，其中横坐标为金属线宽度，纵坐标为归一化寿命。其中，金属线宽度的单位为微米(μm)，归一化寿命的单位为年(year)。图1中R的平方代表拟合曲线和测试出的离散点值的拟合精度，其值越接近于1表示着该曲线对离散点拟合度越好。

需要说明的是，虽然本发明实施例以0.35μm工艺条件下，介绍得到的互连线电迁移寿命与线宽的关系，但是，并不限于此工艺条件，本发明的确定方法可以应用于任意确定工艺条件。为了节省成本，可以在任意确定工艺条件下，通过作有限次的实验，得到该工艺条件下互连线的电迁移寿命与线宽之间的关系，从而得知任意线宽互连线的电迁移寿命。

综上所述，采用本发明的互连线电迁移寿命的确定方法，可以精确的得到金属线条的最坏情况以及最坏寿命，还可以根据拟合的二次函数多项式，得到任意线宽互连线的电迁移寿命。

与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；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相比。本发明的互连线电迁移寿命的确定方法，通过科学的计算方法，能精确得到互连线电迁移寿命与线宽之间的关系，从而得到的计算结果更加准确。由于互连线的电迁移寿命对金属工艺的开发，以及半导体集成电路的设计都十分重要，所以，本发明的方法，不仅得到的电迁移寿命的方法更加科学、准确，还可以极大地降低成本，且本发明的方法简单易行，并为开发金属工艺提供重要信息。