電遷移導(dǎo)致的金屬互連線失效是集成電路可靠性最關(guān)心的問題之一。直流應(yīng)力DAC10FX下的電遷移失效己經(jīng)研究了幾十年,在集成電路工業(yè)界,已經(jīng)建立了直流應(yīng)力下的加速試驗(yàn)測(cè)試方法和設(shè)計(jì)規(guī)則。但交流應(yīng)力條件下的電遷移失效方式有其自身的特點(diǎn),不能完全等同于直流條件下的電遷移。在CMOs電路中,由于很多互連線上既 有直流信號(hào)也有交流信號(hào),更有必要評(píng)價(jià)金屬互連線在交流電流作用下的電遷移可靠性。

   純交流應(yīng)力條件下的電遷移。過去的研究發(fā)現(xiàn),交流應(yīng)力下互連線電遷移壽命比其直流壽命大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。通常認(rèn)為這個(gè)結(jié)果是由損傷恢復(fù)效應(yīng)引起的,即發(fā)生在電流應(yīng)力正半周的損傷在隨后的負(fù)半周部分被恢復(fù)。通過引入損傷恢復(fù)因子而提出了有效電流密度模型,對(duì)純交流應(yīng)力,當(dāng)電流頻率足夠高(>1kHz)時(shí),損傷恢復(fù)因子/的值約為1,失效時(shí)間趨于無窮大,這意味著在高頻率的交流應(yīng)力下,純交流電流應(yīng)力不會(huì)引起金屬條的電遷移。然而,很高的電流密度會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的焦耳熱,有可能產(chǎn)生金屬鋁膜的熱遷移失效,這時(shí)失效部位發(fā)生在溫度梯度最大的地方。

   對(duì)已存在電遷移損傷空洞的金屬線,用如下的試驗(yàn)方式驗(yàn)證了純交流應(yīng)力對(duì)金屬條電遷移可靠性的影響。先用直流信號(hào)作用于金屬線樣品,從而有意識(shí)地引入一些空洞,然后監(jiān)測(cè)金屬線電阻的變化。在電阻值的變化達(dá)到一定程度后(例如有5%的電阻增加值,這相當(dāng)于在金屬線中存在有效的空洞),將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流信號(hào),同時(shí)監(jiān)測(cè)電阻隨時(shí)間的變化。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在電流密度不是太大、不至于產(chǎn)生明顯焦耳熱的情況下,即使在金屬線條上存在空洞,交流應(yīng)力也不會(huì)損傷金屬線,即純交流應(yīng)力沒有明顯影響金屬線的電遷移可靠性。