DIN EN 62415-2010 Semiconductor devices - Constant current electromigration test (IEC 62415 2010) German version EN 62415 2010《半导体器件 恒定电流电迁移试验(IEC 62415-2010) 德文版本EN 62415-2010》.pdf

1、Dezember 2010DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 3

2、1.080.01!$jxj“1718571www.din.deDDIN EN 62415Halbleiterbauelemente Konstantstrom-Prfverfahren zur Elektromigration (IEC 62415:2010);Deutsche Fassung EN 62415:2010Semiconductor devices Constant current electromigration test (IEC 62415:2010);German version EN 62415:2010Dispositifs semiconducteurs Essai

3、 dlectromigration en courant constant (CEI 62415:2010);Version allemande EN 62415:2010Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 12 SeitenB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62415:2010-12 2 Anwendungsbeginn Anwendun

4、gsbeginn fr die von CENELEC am 2010-06-01 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2010-12-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62415:2008-05. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektro

5、nik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 47 Semiconductor devices“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Webs

6、ite unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 EUROPIS

7、CHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 62415 Juni 2010 ICS 31.080 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Konstantstrom-Prfverfahren zur Elektromigration (IEC 62415:2010) Semiconductor devices Constant current electromigration test (IEC 62415:2010) Dispositifs semiconducteurs Essai dlectromigr

8、ation en courant constant (CEI 62415:2010) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2010-06-01 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status eine

9、r nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Fr

10、anzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen el

11、ektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien

12、, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 20

13、10 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62415:2010 DB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62415:2010-12 EN 62415:2010 Vorwort Der Text des Schrifts

14、tcks 47/2044/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 62415, ausgearbeitet von dem IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2010-06-01 als EN 62415 angenommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments

15、Patentrechte berhren knnen. CEN und CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Aner

16、kennung bernommen werden muss (dop): 2011-03-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2013-06-01 Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62415:2010 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenomme

17、n. 2 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62415:2010-12 EN 62415:2010 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Symbole und Begriffe.4 2.1 Symbole .4 2.2 Begriffe .4 3 Grundlagen.5 4 Stichprobenumfang 5 5 Prfstrukturen.5 5.1 Leiter.5 5.2 Via-Strukturen (Vi

18、a-Ketten) 6 5.3 Kontakt-Strukturen (Kontaktketten)6 6 Prfbedingungen6 7 Ausfallkriterien7 8 Datenanalyse .7 Literaturhinweise 10 Bilder Bild 1 Testelementegruppe (TEG) zur Untersuchung der Elektromigration bei metallischen Leitern.5 Bild 2 Prfstruktur (TEG) zur Untersuchung der Elektromigration bei

19、Vias 6 Bild 3 Graphische Darstellung der angepassten Lognormal-Verteilung .7 Bild 4 Verfahren zum Schtzen des Stromdichte-Exponenten .8 Bild 5 Verfahren zum Schtzen der Aktivierungsenergie9 3 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62415:2010-12 EN 62415:2010 1 An

20、wendungsbereich In diesem Dokument ist ein Prfverfahren zur Elektromigration bei metallischen Leitern, Durch-kontaktierungen (Vias) und Kontaktelementen mithilfe der gebruchlichen Konstantstrombeanspruchung festgelegt. 2 Symbole und Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Sym

21、bole und Begriffe. 2.1 Symbole 2.1.1 Jvia_usehchste zugelassene Strom(fluss)-Dichte in einem Via eines realen Erzeugnisses 2.1.2 Jline_usehchste zugelassene Strom(fluss)-Dichte in einem Leiter eines realen Erzeugnisses 2.1.3 Jvia_testStrom(fluss)-Dichte in einem Via einer Prfstruktur whrend der Elek

22、tromigrations-Prfbeanspruchung 2.1.4 Jline_testStrom(fluss)-Dichte in einem Leiter einer Prfstruktur whrend der Elektromigrations-Prfbeanspruchung 2.1.5 t(x %)Zeitspanne bis zum Ausfall eines Anteils x in Prozent % der Grundgesamtheit ANMERKUNG Das Berechnungsverfahren fr t(50 %) ist im Abschnitt 8

23、beschrieben. 2.2 Begriffe 2.2.1 TEG Testelementegruppe; die fr dieses Prfverfahren verwendete Prfstruktur 2.2.2 Blech-Lnge Blechsche LngeLnge eines Leiters, bei dem unterhalb dieser Lnge die Zeitspanne bis zum Ausfall durch Elektromigration stark zunimmt 11)ANMERKUNG Die Drift der Metallatome verurs

24、acht mechanische Spannungen (Stress), welche in den metallischen Leitern aufgebaut werden, und diese wiederum verursachen einen Rckfluss der Atome. Bei gleicher Stromdichte ist der Spannungsgradient fr kurze Leiter grer als fr lange Leiter. Der Fluss in Vorwrts-richtung erhht sich viel schneller mit

25、 der Stromdichte als der Rckfluss, so dass die Blech-Lnge umgekehrt proportional zur Stromdichte ist. Die Blech-Lnge kann mithilfe unterschiedlicher Leiterlngen zwischen den Vias bei Verwendung von Via-Kettenstrukturen ermittelt werden. 1)Ziffern in eckigen Klammern referenzieren auf die Literaturhi

26、nweise. 4 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62415:2010-12 EN 62415:2010 3 Grundlagen Die zu diesem Verfahren beschriebenen Grundlagen fr die Beanspruchung auf Elektromigration basieren auf der Annahme, dass die gesamte Verteilungsfunktion der Zeitspanne bis

27、zum Ausfall beim Beschleunigen nicht verndert wird. Eine Beschleunigung kann mithilfe einer Beschleunigungsenergie und eines Strom-Beschleunigungsfaktors, wie von Black 2 vorgeschlagen, beschrieben werden. 4 Stichprobenumfang Ein Stichprobenumfang von 15 oder mehr Prfeinheiten wird fr jede Prfbeansp

28、ruchung (fr jede Prf-struktur, jede Beanspruchungstemperatur und jede Stromdichte) empfohlen. Fr eine bessere statistische Konfidenz der Prfergebnisse oder fr die Analyse einer bimodalen Verteilung kann in einigen Fllen ein grerer Stichprobenumfang erforderlich sein. 5 Prfstrukturen 5.1 Leiter Unter

29、suchungen zur Elektromigration mssen an vollstndig in Gehusen montierten Prfeinheiten durchge-fhrt werden. Als Prfstruktur fr metallische Leiter muss eine Struktur mit vier Anschlssen (Kelvin-Struktur) verwendet werden (siehe Bild 1 a). Fr die Lnge des Leiters werden mindestens 800 m empfohlen. Es w

30、ird die Verwendung von Monitorschaltungen hinsichtlich Unterbrechungen, Kurzschlssen zwischen Schichten (Inter-Layer-Shorts) und optional auch Kurzschlssen innerhalb der Schicht (Intra-Layer-Shorts) empfohlen (siehe Bild 1 b). Die Lnge des Leiters wird in Abhngigkeit von den Bedingungen in der Weise

31、 bestimmt, dass einerseits kurze Leiter nicht empfindlich gegen Ausflle sind und deshalb den Blech-Effekt 1 nicht zeigen, andererseits zu lange Leiter hohe Spannungen erfordern. Fr Leiterlngen J2 J3(jeweils in A/cm2) t1, t2, t3(jeweils in h): Zeitspanne bis zum Ausfall, wenn die Ausfallwahrscheinlic

32、hkeit fr A den Wert von 1 % erreicht hat. Bild 3 Graphische Darstellung der angepassten Lognormal-Verteilung 7 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62415:2010-12 EN 62415:2010 Extrapolationen auf andere Bedingungen erfolgen mithilfe der Blackschen Gleichung ohn

33、e den Teil der Leiterbreite: t(x %) = A jn exp(Ea/(k T) (2) Dabei ist A ein prozessabhngiger Faktor; j die Stromdichte; n der Stromexponent; Eadie Aktivierungsenergie; k die Boltzmannkonstante und T die Temperatur, angegeben in Kelvin. Es wird angenommen, dass diese Gleichung fr alle Ausfallanteile

34、in Prozent gltig ist oder mit anderen Worten, die Streuung der Verteilung wird durch die Zeitraffung nicht beeinflusst. Fr die Bestimmung der Aktivierungsenergie Ea sollten drei Temperaturen und fr die Bestimmung des Exponenten der Stromdichte n sollten drei Stromdichten verwendet werden. Der Expone

35、nt n wird ermittelt, indem fr eine festgelegte Temperatur der Logarithmus von t(A 1 %) ber der Stromdichte graphisch dargestellt wird. Die Neigung dieser Kurve ergibt n (siehe Bild 4). Bild 4 Verfahren zum Schtzen des Stromdichte-Exponenten Die Aktivierungsenergie wird ermittelt, indem fr eine festg

36、elegte Stromdichte der Logarithmus von t(A 1 %) ber 1/T graphisch dargestellt wird. Die Neigung dieser Kurve ergibt Ea(siehe Bild 5). Mithilfe der o. a. Beschleunigungsfaktoren ist die Lebensdauer t(F %) fr die Betriebsbedingungen zu schtzen (fr eine bestimmte Temperatur und eine bestimmte Stromdich

37、te). ANMERKUNG Fr die Lognormal-Verteilung ist die korrekte zu bestimmende Zeitspanne bei 50 % Ausfallwahrschein-lichkeit. Hier ist die Konfidenz am grten. Nachdem der Exponent fr die Stromdichte und der Beschleunigungsfaktor fr die Temperatur berechnet wurden, ist es empfehlenswert, dass die Berech

38、nung mit der Ausfallrate erfolgt, die nahe 50 % ist. 8 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62415:2010-12 EN 62415:2010 Bild 5 Verfahren zum Schtzen der Aktivierungsenergie Falls eine ausreichende Datenbasis verfgbar ist, knnen Eaund n aus dieser Datenbasis fr

39、angemessen hnliche Prozesse gewhlt werden. Fr Eaund n sollten die in der Praxis blichen Werte verwendet werden, falls nichts anderweitig festgelegt wurde: Ea= 0,85 eV, n = 1,7 fr AlCu mit Bambusstruktur Ea= 0,65 eV, n = 2 fr AlCu, polykristalline Struktur Ea= 0,70 eV, n = 2 fr AlSiCu Ea= 0,55 eV, n

40、= 2 fr AlSi Ea= 0,90 eV, n = 1,1 fr Cu 9 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62415:2010-12 EN 62415:2010 10 Literaturhinweise 1 Electromigration in Thin Aluminum films on Titanium Nitride, I. Blech, J. Appl. Phys., 47, 1976, p. 1203 2 Electromigration failure

41、modes in aluminum metallization for semiconductor devices, J. R. Black, Proc. IEEE 57, 1587, 1969 3 Linewidth dependence of electromigration in evaporated Al-0.5 %Cu, S. Vaidya, T. T. Sheng, A. K. Sinha, Applied Physics Letters, 1980,Volume 36, Issue 6, pp. 464-466 4 Standard Method for Measuring and Using the Temperature Coefficient of Resistance to Determine the Temperature of a Metallization Line, EIA/JESD 33 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12