工艺可靠性项之BEOL_电迁移简述及表征

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电迁移（Electromigration, EM）是指由于电流和温度的共同作用而导致互连的退化。当前业内普遍认为电迁移是金属离子在导体中的质量传输，这是在施加电场的影响下行进的动量转移的结果。它基本上是体原子和表面原子在驱动力作用下的扩散过程。EM驱动力FEM表示如下：FEM= Z*e*j*ρ

其中Z是互连金属的有效电荷数，e是电子电荷，ρ是互连电阻率，j是施加的电流密度。

除了原子的扩散外，还有一种与电子流方向相反的力，通常称为背应力。这种力与原子沿互连线向阴极端运动所引起的应力梯度有关。

简而言之，EM已被确认为IC金属互连的主要失效模式，那么我们该如何表征它？这在实验和理论上也得到了广泛的研究，当前有低频噪声测量、电阻比或电阻计测试、内摩擦法、温度斜坡电阻分析以及晶圆级快速测试（如标准晶圆级EM加速测试、金属击穿能量方法、晶圆级等温joule加热EM测试。

如今广泛应用的方法为电阻计测试，在该测试中，当测试结构在高温和高电流密度下受到应力时，将监测电阻随时间的变化情况。应力模型有如下两种：

• 晶圆级等温EM（WLR）测试在这个应力情况下，当实验在室温环境中进行时，测试结构会通过非常高的电流密度（> 10MA/cm2)。
• 封装级可靠性（PLR）测试在这个应力情况下，长期应力的应力电流密度（约几 MA/cm2）较低，但烤箱温度较高（超过300℃）。