自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法

摘要

本发明提供了一种自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法，包括：在第一步骤确定初始测试温度和初始载台温度，并根据初始测试温度和初始载台温度得出初始电流；在第一步骤之后执行第二步骤，其中改变测试温度，并且改变载台温度，并且根据改变的测试温度和改变的载台温度得到更新电流；在第二步骤之后执行第三步骤，其中判断当前的更新电流是否满足预定条件；在当前的更新电流满足预定条件的情况下执行第四步骤，其中将当前的更新电流确定为应力电流。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造及测试领域，更具体地说，本发明涉及一种自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法。

背景技术

现有的金属电迁移测试方法以封装级测试为主，其中通过烤箱提供应力温度，并施加一定的应力电流来评估金属的寿命，属于外部环境加热.。晶圆级金属电迁移的测试方法为恒温电迁移，该测试的特殊性在于待测金属的温度是通过施加在其上的电流产生的焦耳热提供，属于自发热。由于这种测试机理，测试中每个测试温度只能对应一个电流值，造成无法利用布莱克方程，实现固定一个参数(如电流)，改变另外一个参数(如温度)来提取活化能(Ea)的功能。测试环境及载台温度为常温，测试中存在测试结构和外界环境产生热交换的现象，也会导致在恒温电迁移测试中产生温度误差。

因此，希望能够提供一种能够实现金属互连可靠性的活化能评估的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种采用温度补偿和自校准技的恒温电迁移测试方法，能够实现金属互连可靠性的活化能评估。

为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法，包括：在第一步骤确定初始测试温度T和初始载台温度Tchuck，并根据初始测试温度T和初始载台温度Tchuck得出初始电流I_n；在第一步骤之后执行第二步骤，其中改变测试温度，并且改变载台温度，并且根据改变的测试温度和改变的载台温度得到更新电流I′_n；在第二步骤之后执行第三步骤，其中判断当前的更新电流I′_n是否满足预定条件；在当前的更新电流I′_n满足预定条件的情况下执行第四步骤，其中将当前的更新电流I′_n确定为应力电流。

优选地，在所述自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法中，在当前的更新电流I′_n不满足预定条件的情况下执行第五步骤，其中进一步改变测试温度，并且根据进一步改变的测试温度和所述改变的载台温度再次得到更新电流I′_n，此后再次执行第三步骤以及后续程序。

优选地，在所述自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法中，在第二步骤中，改变测试温度的处理和改变载台温度的处理是非等量处理。

优选地，在所述自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法中，在第二步骤中，通过使得测试温度T增加一个增量温度△T以及补偿温度T_OS来改变测试温度，而且使得载台温度增加一个增量温度△T来改变载台温度。

优选地，在所述自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法中，所述预定条件是：I_n-C_E/2≤I′_n≤I_n+C_E/2；其中C_E是预设参数。

优选地，在所述自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法中，重复各个步骤以得到3组或以上的不同的测试温度和失效寿命的对应数据。

优选地，在所述自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法中，利用得到的3组或以上的不同的测试温度和失效寿命的对应数据，通过金属寿命布莱克方程，可以计算出该金属测试结构的活化能。

优选地，在所述自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法中，所述自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法用于测试金属互连可靠性。

总之，传统的恒温电迁移测试由于无法实现单变量改变(传统方法输入电流与测试温度联动)，因此无法实现金属活化能的评估。而根据本发明的新型恒温电迁移测试引入了载台温度补偿的方法，实现了在恒温电迁移测试中的金属活化能评估。此外，为了提高新型恒温电迁移测试的准确性，避免由于测试结构和外界热交换导致的误差，本发明采用自校准技术，通过测试温度自我校准，自动补偿的方法，实现了高精度的金属活化能评估。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法的流程图。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法的流程图。图1所示的所述自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法用于测试金属互连可靠性。

具体地，如图1所示，根据本发明优选实施例的自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法包括：

第一步骤S1：确定初始测试温度T和初始载台温度Tchuck，并根据初始测试温度T和初始载台温度Tchuck得出初始电流I_n；

在第一步骤S1之后执行第二步骤S2：改变测试温度，并且改变载台温度，并且根据改变的测试温度和改变的载台温度得到更新电流I′_n；

其中，在第二步骤S2中，改变测试温度的处理和改变载台温度的处理是非等量处理。

具体地，在第二步骤S2中，通过使得测试温度T增加一个增量温度△T以及补偿温度(T_OS)来改变测试温度(即，T+△T+T_OS)，而且使得载台温度增加一个增量温度△T来改变载台温度(即，Tchuck+△T)。

由于存在对外热交换，本发明的测试算法中采用自校准技术对测试温度(T+△T)增加相应的补偿量T_OS。

在第二步骤S2之后执行第三步骤S3：判断当前的更新电流I′_n是否满足预定条件；

例如，所述预定条件是：I_n-C_E/2≤I′_n≤I_n+C_E/2；其中C_E是预设参数。

在当前的更新电流I′_n满足预定条件的情况下执行第四步骤S4：将当前的更新电流I′_n确定为应力电流。

在当前的更新电流I′_n不满足预定条件的情况下执行第五步骤S5：进一步改变测试温度，并且根据进一步改变的测试温度和所述改变的载台温度再次得到更新电流I′_n；

此后再次执行第三步骤S3以及后续程序。

例如，可以重复以上流程，以得到3组或以上的不同的测试温度和失效寿命的对应数据，而且进一步通过金属寿命布莱克方程，可以计算出该金属测试结构的活化能。

更具体地说，为了实现恒温电迁移测试中的金属活化能的评估，需要金属结构满足在不同温度下，流过的电流不变。为了实现以上条件，可以采用载台温度补偿的方法。如图1所示的测试流程，电流(I_n)主要由测试温度(T)和载台温度(T_chuck)的差值决定。因此，如果改变测试温度(T+△T)的同时等量改变载台温度(T_chuck+△T)，保持两者差值不变，那么理论上电流是不变的(即改变温度后的电流I′_n＝I_n)。实际测试中考虑存在和外界的热交换，需要对测试温度增加了补偿量(T_OS)，即测试温度(T+△T+T_OS)和载台温度(Tchuck+△T)。补偿量(T_OS)是通过算法内对温度补偿量的反复循环迭代，当电流满足误差容许范围内为准(I_n-C_E/2≤I′_n≤I_n+C_E/2)，那么就可以认为I′_n≈I_n，即实现了改变测试温度(T→T+△T)而电流不变(I′_n≈I_n)的条件，从而能够在恒温电迁移测试中实现活化能(Ea)的评估。

恒温金属电迁移测试对于半导体制程是非常关键的技术，相对于封装级电迁移测试，能够减少90％的测试时间。传统的恒温电迁移测试无法估金属的活化能，而采用了温度补偿和自校准技术的恒温电迁移测试方法，能准确的评估金属活化能，节省测试的成本和时间，可协助快速完成工艺改善和评估。

传统的恒温电迁移测试由于无法实现单变量改变(传统方法输入电流与测试温度联动)，因此无法实现金属活化能的评估。而根据本发明的新型恒温电迁移测试引入了载台温度补偿的方法，实现了在恒温电迁移测试中的金属活化能评估。此外，为了提高新型恒温电迁移测试的准确性，避免由于测试结构和外界热交换导致的误差，本发明采用自校准技术，通过测试温度自我校准，自动补偿的方法，实现了高精度的金属活化能评估。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

而且还应该理解的是，本发明并不限于此处描述的特定的方法、化合物、材料、制造技术、用法和应用，它们可以变化。还应该理解的是，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。因此，例如，对“一个元素”的引述意味着对一个或多个元素的引述，并且包括本领域技术人员已知的它的等价物。类似地，作为另一示例，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。因此，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此处描述的结构将被理解为还引述该结构的功能等效物。可被解释为近似的语言应该被那样理解，除非上下文明确表示相反意思。