[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2460169C1 - Integral test structure to assess reliability and metallisation - Google Patents

Integral test structure to assess reliability and metallisation Download PDF

Info

Publication number
RU2460169C1
RU2460169C1 RU2011117828/28A RU2011117828A RU2460169C1 RU 2460169 C1 RU2460169 C1 RU 2460169C1 RU 2011117828/28 A RU2011117828/28 A RU 2011117828/28A RU 2011117828 A RU2011117828 A RU 2011117828A RU 2460169 C1 RU2460169 C1 RU 2460169C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
conductor
test
test structure
current
conductors
Prior art date
Application number
RU2011117828/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Васильевич Фоминых (RU)
Сергей Васильевич Фоминых
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ангстрем-М"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ангстрем-М" filed Critical Открытое акционерное общество "Ангстрем-М"
Priority to RU2011117828/28A priority Critical patent/RU2460169C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2460169C1 publication Critical patent/RU2460169C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: test structure comprises a metal conductor with two outputs to connect a source of currents and two potential outputs to measure voltage drops as current flows through the conductor. An additional metal conductor is connected at the side to the metal conductor, besides, this conductor has current and potential outputs at the free end and a potential output in area of its connection to the conductor. Metal conductors are tested on this test structure for reliability.
EFFECT: higher information value regarding permissible metallisation current density with account of metal layout features in an integral microcircuit chip.
5 dwg

Description

Данное изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для контроля надежности металлизации, а именно металлической разводки, при производстве интегральных микросхем (ИМС).This invention relates to the field of microelectronics and can be used to control the reliability of metallization, namely metal wiring, in the production of integrated circuits (ICs).

Известно, в результате протекания электрического тока по проводнику в металлической разводке интегральной схемы под воздействием электрического тока происходит диффузия атомов металла с образованием дефектов вблизи катода в виде пустот (отсутствие атомов) и вблизи анода в виде хиллоков (скопление атомов).It is known that as a result of the flow of electric current through a conductor in the metal wiring of the integrated circuit under the influence of an electric current, metal atoms diffuse with the formation of defects near the cathode in the form of voids (absence of atoms) and near the anode in the form of hillocks (atom accumulation).

Для оценки надежности металлической разводки в интегральных микросхемах используются тестовые структуры с учетом ее конкретного исполнения разводки.To assess the reliability of metal wiring in integrated circuits, test structures are used taking into account its specific wiring design.

Известна тестовая структура (US 6897476 B1, H01L 23/58, 2004), содержащая два рядом расположенных линейных проводника с токовыми выводами на контактные площадки для каждого проводника. Два линейных проводника используются для проведения испытаний на надежность металлизации и оценки качества диэлектрика между проводниками до и после испытаний. Недостатками данной структуры является низкая точность измерений при проведении испытаний на надежность из-за отсутствия потенциальных выводов и не учет разветвления проводников в ИМС.Known test structure (US 6897476 B1, H01L 23/58, 2004), containing two adjacent linear conductors with current leads to the contact pads for each conductor. Two linear conductors are used for testing the reliability of metallization and assessing the quality of the dielectric between the conductors before and after the tests. The disadvantages of this structure is the low accuracy of the measurements during reliability tests due to the lack of potential conclusions and not taking into account the branching of conductors in the IC.

Известен метод испытаний и аппаратура для проведения испытаний на надежность металлизации (US 6825671 B1, G01R 31/08, 2004), куда входит тестовая структура, содержащая большое количество линейных проводников с различными длинами для определения при заданной плотности тока критической длины проводника, ниже которой не происходит разрыв проводника при проведении испытаний. Недостатком тестовой структуры в изобретении является большая трудоемкость при проведении испытаний и большая площадь тестовой структуры.A known test method and apparatus for testing the reliability of metallization (US 6825671 B1, G01R 31/08, 2004), which includes a test structure containing a large number of linear conductors with different lengths to determine at a given current density the critical length of the conductor below which is not the conductor breaks during testing. The disadvantage of the test structure in the invention is the high complexity during testing and the large area of the test structure.

Наиболее близким к заявленному изобретению является одиночный проводник определенной длины 800 мкм с потенциальными и токовыми выводами на обоих концах (Harry A.Schafft, 1998). По результатам испытаний определяется допустимая плотность тока, текущего через проводник, при котором прогнозируется безотказная работа проводника в течение 10 лет. Полученная плотность тока используется при дальнейшей разработке микросхем для обеспечения безотказной работы проводников любой длины.Closest to the claimed invention is a single conductor of a certain length of 800 μm with potential and current leads at both ends (Harry A. Schafft, 1998). The test results determine the permissible current density flowing through the conductor, at which the conductor's failure-free operation is predicted for 10 years. The resulting current density is used in the further development of microcircuits to ensure the failure-free operation of conductors of any length.

Недостатком данной тестовой структуры является недостаточная информативность для реальной металлической разводки в интегральных схемах, так как в интегральных схемах разводка выполнена в виде разветвляющихся проводников в цепях питания и земли, где и протекают наибольшие токи. В данных проводниках допустимые плотности токов отличаются от плотности тока в одиночном проводнике. Именно оценку допустимой плотности тока в ИС обеспечивает данная тестовая структура.The disadvantage of this test structure is the lack of information for real metal wiring in integrated circuits, since in integrated circuits the wiring is made in the form of branching conductors in the power and earth circuits, where the highest currents flow. In these conductors, the permissible current densities differ from the current density in a single conductor. It is the assessment of the permissible current density in the IC that this test structure provides.

На рис.1 показана конструкция предлагаемой тестовой структуры; на рис.2 - детальное описание топологии тестовой структуры; на рис.3 - схема подключения приборов к тестовой структуре, обеспечивающих проведение испытаний на надежность; на рис.4 - электрическая схема тестовой структуры с измеренными напряжениями и токами во время испытаний, на рис.5 - результаты испытаний на надежность тестовых структур А, В и С.Figure 1 shows the design of the proposed test structure; Fig. 2 is a detailed description of the topology of the test structure; Fig. 3 is a diagram of the connection of devices to the test structure, ensuring reliability tests; in Fig. 4 - electrical diagram of the test structure with measured voltages and currents during testing, in Fig. 5 - the results of tests for the reliability of test structures A, B and C.

Конструкция тестовой структуры представлена на рис.1. К испытуемому проводнику 1 длиной L=800 мкм и шириной W1 с обоих концов присоединены два широких проводника 2а и 3а шириной W2≥3·W1. Проводники 2а и 3а являются токовыми, через которые протекает подаваемый ток. К широким проводникам 2а и 3а подсоединены под прямым углом проводники 2b и 3b, являющиеся выводами для измерения потенциалов на проводниках 2а и 3а. Далее, сбоку (с любой стороны) к проводнику 1 на расстоянии L1 от широкого проводника 2а подсоединен проводник 4 шириной W1 и длиной L2 с широким проводником 4а шириной W3 на его свободном конце. К проводнику 4а подключен потенциальный вывод 4b шириной W1. Сбоку к проводнику 1 (напротив проводника 4) подсоединен потенциальный вывод 4i шириной W1. В общем случае расстояния L1 и L2 определяются из топологии разводки реальной микросхемы, в данном примере брались две тестовые структуры: первая - L1=40 мкм и L2=40 мкм (вблизи катода), вторая - L1=760 мкм и L2=40 мкм (вблизи анода).The design of the test structure is shown in Fig. 1. Two wide conductors 2a and 3a of width W 2 ≥3 · W 1 are attached to the test conductor 1 with a length L = 800 μm and a width W 1 at both ends. Conductors 2a and 3a are current through which the supplied current flows. To wide conductors 2a and 3a, conductors 2b and 3b are connected at right angles, which are leads for measuring potentials on conductors 2a and 3a. Further, on the side (from either side) to the conductor 1 at a distance L 1 from the wide conductor 2a is connected a conductor 4 of width W 1 and length L 2 with a wide conductor 4a of width W 3 at its free end. A potential lead 4b of width W 1 is connected to conductor 4a. A potential terminal 4i of width W 1 is connected to the side of conductor 1 (opposite to conductor 4). In the general case, the distances L 1 and L 2 are determined from the wiring topology of a real microcircuit; in this example, two test structures were taken: the first - L 1 = 40 μm and L 2 = 40 μm (near the cathode), the second - L 1 = 760 μm and L 2 = 40 μm (near the anode).

На рис.2 представлена детальная конструкция тестовой структуры. Показаны контактные площадки (КП1, КП2, …, КП8) и их коммутация либо с токовыми 2а, 3а и 4а либо с потенциальными 2b, 3b, 4b и 4i проводниками. Рядом с тестируемыми проводниками 1 и 4 расположены соседние проводники 1а и 1b для мониторинга замыкания с тестируемыми соседними проводниками (контроль экструзии). Проводники 1а и 1b соединены с контактными площадками КП1 и КП8 соответственно. Контактные площадки обеспечивают подключение внешних устройств питания и измерения к тестовой структуре через контактирующие устройства.Figure 2 shows a detailed design of the test structure. Shown are the contact pads (KP1, KP2, ..., KP8) and their switching either with current 2a, 3a and 4a or with potential 2b, 3b, 4b and 4i conductors. Next to the test conductors 1 and 4, adjacent conductors 1a and 1b are located to monitor short circuits with the neighboring test conductors (extrusion control). Conductors 1a and 1b are connected to the contact pads KP1 and KP8, respectively. Contact pads provide the connection of external power and measurement devices to the test structure through contact devices.

На рис.3 представлена схема проведения измерений тестовой структуры при испытаниях. Генератор тока подключен к проводнику 2а (катоду) и все остальные токовые проводники 3а, 4а соединены с нулевым потенциалам (земля), причем к токовому проводнику 4а последовательно подключен измеритель тока. Напряжения V2, V3, V4 и V4i измеряются на потенциальных выводах 2b, 3b, 4b и 4i соответственно.Figure 3 shows a diagram of the measurement of the test structure during testing. The current generator is connected to the conductor 2a (cathode) and all other current conductors 3a, 4a are connected to zero potentials (ground), and a current meter is connected in series to the current conductor 4a. Voltages V 2 , V 3 , V 4 and V 4i are measured at potential terminals 2b, 3b, 4b and 4i, respectively.

На рис.4 представлена электрическая схема тестовой структуры с измеренными напряжениями V2, V3, V4i, V4 и током I3. Сопротивления R4 есть сопротивление проводника 4, соединенного к проводнику 1 сбоку. Измеренное напряжение в месте пересечения проводников 1 и 4 обозначено как V4i. В соответствии с рис.4 сопротивления R1a и R1b составляют части сопротивления проводника 1. Сопротивления r2, r3, r4 есть паразитные сопротивления, а именно сопротивления кабелей измерительного оборудования и подводящих проводников к тестовой структуре на кристалле.Figure 4 shows the electrical circuit of the test structure with the measured voltages V 2 , V 3 , V 4i , V 4 and current I 3 . Resistance R 4 is the resistance of conductor 4 connected to conductor 1 on the side. The measured voltage at the intersection of conductors 1 and 4 is indicated as V 4i . In accordance with Fig. 4, resistances R 1a and R 1b are parts of the resistance of conductor 1. Resistances r 2 , r 3 , r 4 are parasitic resistances, namely the resistances of the cables of the measuring equipment and the lead conductors to the test structure on the chip.

Сопротивления испытуемых частей проводника R1a, R1b и бокового проводника R4 легко рассчитываются на основе закона Ома:The resistance of the tested parts of the conductor R 1a , R 1b and side conductor R 4 are easily calculated based on Ohm's law:

Figure 00000001
Figure 00000001

Критерий наличия разрыва металлизации в момент времени tf, здесь ('f'-failure), - максимальная величина из трех относительных изменений Δ1a, Δ1b и Δ4 сопротивлений R1a, R1b и R4 соответственно при испытаниях больше 20%:The criterion for the presence of a metallization gap at time t f , here ('f'-failure), is the maximum of three relative changes Δ 1a , Δ 1b and Δ 4 of the resistances R 1a , R 1b and R 4, respectively, when tested more than 20%:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δ1a=(R1a(t)-R1a(0))/R1a(0)·100%, Δ1b=(R1b(t)-R1b(0))/R1b(0)·100%, Δ4=(R4(t)-R4(0))/R4(0)·100%. R1a(0), R1b(0) и R4(0) - исходные сопротивления в начале испытаний, R1a(t), R1b(t) и R4(t) - сопротивления в момент времени t при испытании.where Δ 1a = (R 1a (t) -R 1a (0)) / R 1a (0) 100%, Δ 1b = (R 1b (t) -R 1b (0)) / R 1b (0) 100%, Δ 4 = (R 4 (t) -R 4 (0)) / R 4 (0) · 100%. R 1a (0), R 1b (0) and R 4 (0) are the initial resistances at the beginning of the test, R 1a (t), R 1b (t) and R 4 (t) are the resistances at time t during the test.

Применяемые здесь ускоренные испытания проводятся при повышенном постоянном токе и повышенной температуре, что обеспечивает приемлемое время испытаний до нескольких часов на одну тестовую структуру. По результатам испытаний массива тестовых структур производится статистическая обработка полученных tf основе логарифмически-нормального распределения. В результате определяется медианное время наработки на отказ t50 и дисперсия распределения S.The accelerated tests used here are carried out at elevated direct current and elevated temperature, which provides an acceptable test time of up to several hours per test structure. According to the test results of the array of test structures, statistical processing of the obtained t f is performed based on the log-normal distribution. As a result, the median MTBF t 50 and the variance of the distribution S are determined.

Реальная наработка на отказ t0,1 при нормальных условиях эксплуатации Jэкс, Тэкс и по уровню отказов 0.1% тестовых структур вычисляется по формуле:The actual MTBF of t 0.1 under normal operating conditions Jex, Tex and the failure rate of 0.1% of the test structures is calculated by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где t50_час - медианное время отказа по уровню отказов 50% (MTTF), час;where t 50_hour is the median failure time at the failure rate of 50% (MTTF), hour;

S - дисперсия распределения времен отказов;S is the variance of the distribution of failure times;

Ea - энергия активации, эВ;E a is the activation energy, eV;

N - коэффициент в выражении Блэйка;N is the coefficient in the Blake expression;

Ттест - температура испытаний в единицах К;Test - test temperature in units of K;

Jэкс и Тэкс - ток и температура эксплуатации интегральной схемы;Jack and Tex - current and operating temperature of the integrated circuit;

k - постоянная Больцмана.k is the Boltzmann constant.

Величины энергия активации Ea и коэффициент N определяются дополнительными испытаниями на основе известного выражения Блэйка:The values of the activation energy Ea and the coefficient N are determined by additional tests based on the well-known Blake expression:

Figure 00000004
Figure 00000004

где t50 - медианное время отказов по уровню 50% (MTTF);where t 50 is the median failure time at the 50% level (MTTF);

Ea - энергия активации;E a is the activation energy;

A, N - коэффициенты распределения Блэйка.A, N - Blake distribution coefficients.

Выражение (3) выводится из выражения (4).Expression (3) is derived from expression (4).

Данная тестовая структура может использоваться для оценки надежности металлической разводки как из Al и его соединений, так и из Cu.This test structure can be used to assess the reliability of metal wiring from both Al and its compounds, and from Cu.

Пример:Example:

Испытания на надежность (электромиграционные испытания) проводились на тестовых структурах. Испытывались металлические проводники состава AlCuSi/TiN шириной W=0.8 мкм и толщиной 0.4 мкм (h) AlSi/0.03 мкм TiN с пассивирующим слоем SiO2/SiN толщиной 1.0 мкм. Образцы (тестовые структуры с разваренными контактными площадками в керамическом корпусе) подвергались ускоренным испытаниям: при повышенном постоянном токе J=2 MA/см2 и повышенной температуре 385°C в печи. При испытаниях использовался измерительный стенд на базе прецизионного анализатора полупроводниковых параметров Agilent 4156С. Задаваемый ток генератора рассчитывался по формуле J·(h·W).Reliability tests (electromigration tests) were carried out on test structures. We tested AlCuSi / TiN metal conductors with a width of W = 0.8 μm and a thickness of 0.4 μm (h) AlSi / 0.03 μm TiN with a passivating SiO 2 / SiN layer 1.0 μm thick. Samples (test structures with boiled contact pads in a ceramic case) were subjected to accelerated tests: at an increased direct current J = 2 MA / cm 2 and an elevated temperature of 385 ° C in the furnace. During the tests, a measuring stand was used based on the Agilent 4156C precision semiconductor parameter analyzer. The set generator current was calculated by the formula J · (h · W).

На рис.5 представлены данные испытаний на надежность трех типов тестовых структур: структура A - линейный проводник без бокового проводника, структура B - линейный проводник с боковым проводником L1=40 мкм и L2=40 мкм, структура C - линейный проводник с боковым проводником L1=760 мкм и L2=40 мкм.Figure 5 shows the reliability test data for three types of test structures: structure A is a linear conductor without a side conductor, structure B is a linear conductor with a side conductor L 1 = 40 μm and L 2 = 40 μm, structure C is a linear conductor with a side conductor a conductor L 1 = 760 μm and L 2 = 40 μm.

Показаны измеренные времена отказов тестовых структур при ускоренных испытаниях (по 45 данных для каждого типа тестовой структуры) и проведена линейная экстраполяция результатов методом наименьших квадратов. По горизонтальной оси X отложены времена отказов структур в логарифмическом масштабе (в часах), по вертикальной оси Y - величина Z, удовлетворяющая уравнению F0(Z)=p, где F0 - стандартная нормированная функция нормального распределения и p - доля числа отказов. Линия экстраполяции имеет выражение Z=(lnt-ln t50))/S. Для практических расчетов в MS Excel имеется встроенная функция NORMSINV, вычисляющая по значению p величину Z в уравнении F0(Z)=p.Shown are the measured failure times of test structures during accelerated testing (45 data for each type of test structure) and a linear extrapolation of the results by the least squares method was performed. The horizontal axis X shows the failure times of structures on a logarithmic scale (in hours), the vertical axis Y represents the value Z satisfying the equation F 0 (Z) = p, where F 0 is the standard normalized normal distribution function and p is the fraction of the number of failures. The extrapolation line has the expression Z = (lnt-ln t 50 )) / S. For practical calculations, MS Excel has a built-in function NORMSINV that calculates the value Z in the equation F 0 (Z) = p from the value p.

Необходимо заметить, что при p=0.5 (число отказов равно 50%) функция F0(Z=0) равна 0.5. Также пересечение линии экстраполяции с горизонтальной осью X есть медианное время отказов t50.It should be noted that at p = 0.5 (the number of failures is 50%), the function F 0 (Z = 0) is 0.5. Also, the intersection of the extrapolation line with the horizontal axis X is the median failure time t 50 .

Контроль экструзии (замыкание тестируемого проводника 1 с соседними проводниками 1a и 1b, рис.2) показал, что замыканий нет. Оценка замыкания проводилась при напряжении 1 B по критерию измеренного тока <10 нА.The control of extrusion (short circuit of the tested conductor 1 with adjacent conductors 1a and 1b, Fig. 2) showed that there are no short circuits. The circuit was evaluated at a voltage of 1 V according to the criterion of the measured current <10 nA.

В табл.1 представлены итоговые данные испытаний для этих трех типов тестовых структур. Здесь энергия активации Ea=0.74 эВ и коэффициент выражения Блэйка N=1.76; эксперименты по их определению приведены в приложении. Параметры эксплуатации металлизации в ИМС равны Jэкс=0.55 МА/см2 и Тэкс=85°C.Table 1 summarizes the test results for these three types of test structures. Here, the activation energy E a = 0.74 eV and the coefficient of the Blake expression N = 1.76; experiments on their determination are given in the appendix. The metallization operation parameters in the IC are Jex = 0.55 MA / cm 2 and Tex = 85 ° C.

Таблица 1Table 1 Результаты испытаний тестовых структур A, B и CTest Results for Test Structures A, B, and C Тип тестовой структурыType of test structure Структура A (без бокового проводника)Structure A (without side conductor) Структура B (боковой проводник L1=760 мкм и L2=40 мкм)Structure B (side conductor L 1 = 760 μm and L 2 = 40 μm) Структура С (боковой проводник L1=40 мкм и L2=40 мкм)Structure C (side conductor L 1 = 40 μm and L 2 = 40 μm) t50/S, ln (час)t 50 / S, ln (hour) 0,56/0,310.56 / 0.31 0,58/0,300.58 / 0.30 0,73/0,290.73 / 0.29 t01, год.t 01 , year.

Figure 00000005
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000007

В итоге, тестовая структура с боковым проводником вблизи катода (структура C) имеет надежность (электромиграционную стойкость) в течение 18.7 лет, что больше электромиграционной стойкости 13,6 года одиночной тестовой структуры A (без бокового проводника).As a result, the test structure with a side conductor near the cathode (structure C) has been reliable (electromigration resistance) for 18.7 years, which is more than the electromigration resistance of 13.6 years of a single test structure A (without a side conductor).

На основе формулы (4) можно пересчитать максимальную рабочую плотность тока

Figure 00000008
проводника С (с боковым проводником L1=40 мкм и L2=40 мкм) при условии медианы времени наработки на отказ 13,6 года, что присуще тестовой структуре A без бокового проводника с током эксплуатации Jэкс=0.55 МА/см2 Based on formula (4), the maximum working current density can be recalculated
Figure 00000008
conductor C (with a side conductor L 1 = 40 μm and L 2 = 40 μm) under the condition of a median MTBF of 13.6 years, which is inherent in test structure A without a side conductor with an operating current of Jex = 0.55 MA / cm 2

Figure 00000009
Figure 00000009

В результате на основе данной тестовой структуры повышена информативность о допустимой плотности тока при учете особенностей металлической разводки в интегральной микросхеме.As a result, on the basis of this test structure, the information content about the permissible current density is increased, taking into account the peculiarities of the metal wiring in the integrated circuit.

Приложение:Application:

Определение энергии активации Ea и коэффициента N выражения Блэйка проводились на тестовой структуре A (без бокового проводника).The activation energy E a and the coefficient N of the Blake expression were determined on a test structure A (without a side conductor).

В таблице приведены экспериментальные значения времен отказов тестовых структур для определения энергии активации Ea путем построения линейной аппроксимации зависимости времени отказа (ln(t50)) от температуры (1/(kT) и вычисление Ea как наклон линейной аппроксимации. Здесь энергия активации равна 0.74 эВ.The table shows the experimental values of the failure times of test structures for determining the activation energy E a by constructing a linear approximation of the dependence of the failure time (ln (t 50 )) on temperature (1 / (kT) and calculating E a as the slope of the linear approximation. Here, the activation energy is equal to 0.74 eV.

Таблица 2table 2 Результаты испытаний 5 тестовых структур A для определения энергии активации. Плотность тока испытаний Jтест=2 МА/см2, температуры испытаний - 300°C, 350°C, 400°C. Рассчитанная величина Ea равна 0.74 эВ.The test results of 5 test structures A to determine the activation energy. Test current density Jtest = 2 MA / cm 2 , test temperatures - 300 ° C, 350 ° C, 400 ° C. The calculated value of E a is equal to 0.74 eV. Температура испытаний при Jтест=2 МА/см2 Test temperature at Jtest = 2 MA / cm 2 300°C300 ° C 350°C350 ° C 400°C400 ° C NN отказаNn failure Время отказа ln(t), часFailure time ln (t), hour 1one 3.403.40 2.392.39 1.231.23 22 3.553.55 2.212.21 1.371.37 33 3.613.61 2.422.42 1.391.39 4four 3.933.93 2.752.75 1.401.40 55 4.214.21 2.962.96 1.551.55 Медиана (ln(t50))Median (ln (t 50 )) 3.613.61 2.422.42 1.391.39 1/(kT)1 / (kT) 20.2520.25 18.6218.62 17.2417.24

В табл.3 приведены экспериментальные значения времен отказов тестовых структур для определения коэффициента N путем построения линейной аппроксимации зависимости времени отказа (ln(t50)) от токовой нагрузки Ln(J тест) и вычисление коэффициента 'N' как наклона линейной аппроксимации. Здесь коэффициент N выражения Блэйка равен 1.76.Table 3 shows the experimental values of the failure times of test structures for determining the coefficient N by constructing a linear approximation of the dependence of the failure time (ln (t 50 )) on the current load Ln (J test) and calculating the coefficient 'N' as the slope of the linear approximation. Here, the coefficient N of the Blake expression is 1.76.

Таблица 3Table 3 Результаты испытаний 5 тестовых структур A для определения коэффициента N выражения Блэйка. Температура испытаний 350°C, плотность тока испытаний Jтест=1 МА/см2, 2 МА/см2, 3 МА/см2.The test results of 5 test structures A to determine the coefficient N of the Blake expression. Test temperature 350 ° C, test current density Jtest = 1 MA / cm 2 , 2 MA / cm 2 , 3 MA / cm 2 . Плотность тока Jтест при Ттест=350°CCurrent density Jtest at Ttest = 350 ° C 1 МА/см2 1 MA / cm 2 2 МА/см2 2 MA / cm 2 3 МА/см2 3 MA / cm 2 NN отказаNn failure Время отказа ln(t), часFailure time ln (t), hour 1one 2.272.27 1.631.63 1.431.43 22 3.443.44 2.252.25 1.671.67 33 3.623.62 2.392.39 1.701.70 4four 4.544.54 2.582.58 1.741.74 55 5.415.41 3.463.46 1.831.83 Медиана (ln(t50))Median (ln (t 50 )) 3.623.62 2.392.39 1.701.70 Ln(Jтест)Ln (J test) 0.000.00 0.690.69 1.101.10

Также был определен температурный коэффициент сопротивления ТКС металлического проводника, который равен 0.00287°C-1. Коэффициент ТКС рассчитан на основе линейной зависимости сопротивления металлического проводника от R(T) температуры Т в диапазоне 25°C, 50°C, 75°C, 100°C, 150°C:The temperature coefficient of resistance of the TCS of the metal conductor was also determined, which is equal to 0.00287 ° C -1 . The TCS coefficient is calculated based on the linear dependence of the resistance of a metal conductor on R (T) of temperature T in the range of 25 ° C, 50 ° C, 75 ° C, 100 ° C, 150 ° C:

Figure 00000010
Figure 00000010

где R0 - сопротивление проводника при комнатной температуре T0=25°C. Подаваемый ток для измерения сопротивления был небольшим (20 мкА) для предотвращения теплового самонагрева из-за протекания тока.where R 0 is the resistance of the conductor at room temperature T 0 = 25 ° C. The supplied current for measuring the resistance was small (20 μA) to prevent thermal self-heating due to the flow of current.

Дополнительно учитывался самонагрев тестовой структуры при протекания тока 2 МА/см2, используемого при испытаниях, и температуре печи 385°C. Температура T тестовой структуры отслеживалась по формулеAdditionally, self-heating of the test structure was taken into account when a current of 2 MA / cm 2 used in the tests and a furnace temperature of 385 ° C flowed. The temperature T of the test structure was monitored by the formula

Figure 00000011
Figure 00000011

и составила 380°C, т.е. расхождение с температурой печи составило 5°C. С учетом этого температура печи выставлялась 380°C.and amounted to 380 ° C, i.e. the difference with the oven temperature was 5 ° C. With this in mind, the temperature of the furnace was set at 380 ° C.

Литература к заявке на изобретение:Literature for an application for an invention:

Стандарты:Standards:

Standard Method for Calculating the Electromigration Model Parameters for Current Density and Temperature, JEDEC Standard JESD63, 1998.Standard Method for Calculating the Electromigration Model Parameters for Current Density and Temperature, JEDEC Standard JESD63, 1998.

Standard Test Structures for Reliability Assessment of AlCu Metallizations with Barrier Materials, JEDEC Standard JESD87, 2001.Standard Test Structures for Reliability Assessment of AlCu Metallizations with Barrier Materials, JEDEC Standard JESD87, 2001.

Статьи:Articles:

F.Giroux, C.Gounelle, P.Mortid and G.Ghibaudo Wafer-level electromigration tests on NIST and SWEAT structures. Proc. IEEE 1995 Int. Conference on Microelectronic Test Structures, Vol8, March, p.229-232, 1995.F. Giroux, C. Gounelle, P. Mortid and G. Ghibaudo Wafer-level electromigration tests on NIST and SWEAT structures. Proc. IEEE 1995 Int. Conference on Microelectronic Test Structures, Vol8, March, p.229-232, 1995.

Harry A.Schafft. Interconnect reliability test chip NIST 36 for development of measurement tools and standards. Integrated Reliability Workshop Final Report, 1998 IEEE International, p.109.Harry A. Schafft. Interconnect reliability test chip NIST 36 for development of measurement tools and standards. Integrated Reliability Workshop Final Report, 1998 IEEE International, p.109.

Патенты:Patents:

Патент US 5264377, класс H01L 21/66, Integrated Circuit Electromigration Monitor, 1993.US Pat. No. 5,264,377, class H01L 21/66, Integrated Circuit Electromigration Monitor, 1993.

Патент US 6825671, класс G01R 31/08, Integrated Electromigration Length Effect Testing Method and Apparatus, 2004.U.S. Patent 6,825,671, Class G01R 31/08, Integrated Electromigration Length Effect Testing Method and Apparatus, 2004.

Патент US 6897476 B1, класс H01L 23/58, Test Structure For Determining Electromigration and Interlayer Dielectric Failure, 2005.US Pat. No. 6,897,476 B1, Class H01L 23/58, Test Structure For Determining Electromigration and Interlayer Dielectric Failure, 2005.

Патент US 7693651 В2, класс G01R 31/26, Test Structure For Electromigration Analysis And Related Method, 2010.US Patent 7693651 B2, class G01R 31/26, Test Structure For Electromigration Analysis And Related Method, 2010.

Патент US 6822437 В1, класс H01L 23/48, Interconnect Test Structure With Slotted Feeder To Prevent Stress-Induced Voids, 2004.US Patent 6822437 B1, Class H01L 23/48, Interconnect Test Structure With Slotted Feeder To Prevent Stress-Induced Voids, 2004.

Патент WO 2004/001432 A1, класс G01R 31/316, Electromigration Test Device and Electromigration Test Method, 2004.Patent WO 2004/001432 A1, class G01R 31/316, Electromigration Test Device and Electromigration Test Method, 2004.

Патент WO 2002/067318 A2, класс H01L 21/66, Electromigration Test Structure For Determining The Reliability of Wiring, 2002.Patent WO 2002/067318 A2, class H01L 21/66, Electromigration Test Structure For Determining The Reliability of Wiring, 2002.

Патент US 6995392 B2, класс H01L 23/58, Test Structure For Locating Electromigration Voids In Dual Damascene Interconnects, 2006.US Pat. No. 6,995,392 B2, class H01L 23/58, Test Structure For Locating Electromigration Voids In Dual Damascene Interconnects, 2006.

Claims (1)

Интегральная тестовая структура для оценки надежности металлизации в интегральной схеме, состоящая из проводника металла с двумя выводами для подключения источника тока и двумя потенциальными выводами для измерения падений напряжения при протекании тока через проводник, отличающаяся тем, что, с целью повышения информативности, к проводнику металла присоединяют сбоку дополнительный проводник из металла, при этом у этого проводника есть токовый и потенциальный выводы на свободном конце и потенциальный вывод в области его подсоединения. An integrated test structure for assessing the reliability of metallization in an integrated circuit, consisting of a metal conductor with two leads for connecting a current source and two potential leads for measuring voltage drops when current flows through a conductor, characterized in that, in order to increase information content, they are connected to the metal conductor on the side there is an additional metal conductor, while this conductor has current and potential terminals at the free end and a potential terminal in the area of its connection .
RU2011117828/28A 2011-05-05 2011-05-05 Integral test structure to assess reliability and metallisation RU2460169C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117828/28A RU2460169C1 (en) 2011-05-05 2011-05-05 Integral test structure to assess reliability and metallisation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117828/28A RU2460169C1 (en) 2011-05-05 2011-05-05 Integral test structure to assess reliability and metallisation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2460169C1 true RU2460169C1 (en) 2012-08-27

Family

ID=46937950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011117828/28A RU2460169C1 (en) 2011-05-05 2011-05-05 Integral test structure to assess reliability and metallisation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2460169C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573176C2 (en) * 2014-02-06 2016-01-20 Открытое акционерное общество "Ангстрем-Т" Evaluation of metallic layout of integrated circuits
RU182547U1 (en) * 2018-02-06 2018-08-22 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" TEST ELEMENT FOR OPERATIONAL QUALITY CONTROL OF PLANARIZATION

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5264377A (en) * 1990-03-21 1993-11-23 At&T Bell Laboratories Integrated circuit electromigration monitor
SU1152449A1 (en) * 1983-12-22 1996-12-27 Е.А. Рубаха Metallization quality control method
US6320391B1 (en) * 1998-05-08 2001-11-20 Advanced Micro Devices, Inc. Interconnection device for low and high current stress electromigration and correlation study
US6822437B1 (en) * 2003-02-10 2004-11-23 Advanced Micro Devices, Inc. Interconnect test structure with slotted feeder lines to prevent stress-induced voids
US7683651B2 (en) * 2007-07-30 2010-03-23 International Business Machines Corporation Test structure for electromigration analysis and related method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1152449A1 (en) * 1983-12-22 1996-12-27 Е.А. Рубаха Metallization quality control method
US5264377A (en) * 1990-03-21 1993-11-23 At&T Bell Laboratories Integrated circuit electromigration monitor
US6320391B1 (en) * 1998-05-08 2001-11-20 Advanced Micro Devices, Inc. Interconnection device for low and high current stress electromigration and correlation study
US6822437B1 (en) * 2003-02-10 2004-11-23 Advanced Micro Devices, Inc. Interconnect test structure with slotted feeder lines to prevent stress-induced voids
US7683651B2 (en) * 2007-07-30 2010-03-23 International Business Machines Corporation Test structure for electromigration analysis and related method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573176C2 (en) * 2014-02-06 2016-01-20 Открытое акционерное общество "Ангстрем-Т" Evaluation of metallic layout of integrated circuits
RU182547U1 (en) * 2018-02-06 2018-08-22 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" TEST ELEMENT FOR OPERATIONAL QUALITY CONTROL OF PLANARIZATION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI601222B (en) Integrated circuit (ic) test structure with monitor chain and test wires
US6791344B2 (en) System for and method of testing a microelectronic device using a dual probe technique
US8264235B2 (en) Test structure for detection of defect devices with lowered resistance
US8754655B2 (en) Test structure, method and circuit for simultaneously testing time dependent dielectric breakdown and electromigration or stress migration
US8853693B2 (en) Test structure for determination of TSV depth
US10770407B2 (en) IC structure with interdigitated conductive elements between metal guard structures
CN108573890B (en) Copper metal interconnection electromigration test structure and test method thereof
CN104576613A (en) Electron migration testing method and structure
CN106898562A (en) The method of the breakdown voltage of semiconductor structure and test grid oxic horizon
RU2460169C1 (en) Integral test structure to assess reliability and metallisation
CN112864131B (en) Electromigration test structure and electromigration test method
CN106684008A (en) Reliability test structure of semiconductor device and test method thereof
JP5529611B2 (en) Semiconductor device and resistance measuring method
US6037795A (en) Multiple device test layout
TWI220693B (en) Method and test structures for measuring interconnect coupling capacitance in an IC chip
Rongen et al. Degradation of Cu-Al wire bonded contacts under high current and high temperature conditions using in-situ resistance monitoring
CN212540578U (en) Test structure
US20060066314A1 (en) Capacitive monitors for detecting metal extrusion during electromigration
Lim et al. Methodology to determine high precision variation in the electrical resistance of copper wires due to corrosion
CN105097599B (en) Test domain, detection structure and its detection method of a kind of leakage current
RU2567016C1 (en) Method for assessment of electromigration parameters in metal conductors
JP4322396B2 (en) Semiconductor device test method and test apparatus
CN115825567A (en) Device and method for testing resistance value change of welding spot
RU2573176C2 (en) Evaluation of metallic layout of integrated circuits
JP4844101B2 (en) Semiconductor device evaluation method and semiconductor device manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140506

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20160606

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170506

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180305

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20180323

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190506