电子迁移可靠度的测量方法 【技术领域】
本发明是有关于一种电子迁移可靠度(Elector MigrationReliability，EM Reliability)的测量方法，且特别是有关于一种通过周期性的提供脉冲波(Pulse)，以加速电子迁移可靠度测量速度的测量方法。背景技术
当半导体元件的金属导线发生电子迁移现象时，将会在金属导线产生空洞(Void)，此空洞会影响电流路径的截面积而使电流密度增加，并伴随着产生局部温度增加，两者在正回授的加速度效应之下，而导致了金属断线，使得元件失效。因此，电子迁移可靠度的测量为半导体元件中评估金属导线可靠度的重要参数。
由于在整个电子迁移的发生过程中，电子流的撞击扮演了一个重要的角色，因此电子迁移可靠度的测量主要系采用定电流的加速方式，并且，为了快速得到电子迁移可靠度的测量数据，是利用电子迁移生命期布雷克方程式(EM lifetime Black’s equation)：
MTTF＝AJ-nexp(Ea/kT)(其中J为电流密度，T为温度)
并采取将被测量元件(Device Under Test，DUT)放置于在炉管中加温，或是在被测量元件的金属导线上持续施加大电流以产生焦耳热等方法，以使金属导线保持在高温状态，而在较短的时间内得到电子迁移可靠度的测量数据。
然而，上述将被测量元件保持在高温的方法虽然能够较快速的得到电子迁移可靠度的测量数据，然而却有不适用于先进工艺地问题，此问题是由于在先进工艺中使用低介电常数材质的缘故。一般而言，低介电常数材质的耐高温能力普遍并不佳，因此在测量中当金属导线被加热到高温时，此高温会造成低介电常数材质特性的劣化，而产生将低介电常数材质劣化误判为电子迁移劣化的情形，因而造成了布雷克方程式的不适用。
综合上述，对于采用低介电常数材质的先进工艺而言，将被测量元件保持在高温的测量方式并不能使用，只能使用在炉管中保持较低温并维持长时间的方式进行测量，然而此种低温测量方式需要长达数星期的测试时间，而在测量上耗费相当多的时间。发明内容
因此，本发明的目的在提供一种电子迁移可靠度的测量方法，使用脉冲波在极短时间内提高被测量元件的温度，能够加速电子迁移可靠度的测量速度。
本发明的另一目的在提供一种电子迁移可靠度的测量方法，能够不使低介电常数材质产生劣化，并能够继续利用布雷克方程式进行电子迁移可靠度的测量。
本发明提出一种电子迁移可靠度的测量方法，此测量方法包括下列步骤：a.于一第一时间供给被测量元件一脉冲波，以使被测量元件升至高温。b.供给被测量元件一测试电流，以测试被测量元件的电性值，以求取电子迁移可靠度的测量数据。c.于一第二时间内，停止将脉冲波供给至被测量元件，以使被测量元件温度降至接近常温。d.以步骤(a)到步骤(c)为一个循环，重复上述步骤(a)到步骤(c)。
由上述可知，本发明利用脉冲波的方式在极短时间供给被测量元件大电流以进行测试，其余的时间则不加电流，以使被测量元件的金属导线温度保持低温状态，因此不会使低介电常数材质受高温而劣化，而能够应用于使用低介电常数材质的工艺。
而且，由于本发明的测量方法不会使低介电常数材质受高温而劣化，并不会造成低介电常数材质劣化的误判，因此本发明能够应用布雷克方程式以进行电子迁移可靠度的测量。
尚且，本发明利用脉冲波的方式在极短时间供给被测量元件大电流值进行测试，此大电流值能够高出公知所使用的电流值甚多，因此本发明能够加速电子迁移可靠度的测量速度，以缩短测量所耗费的时间。附图说明
图1为本发明较佳实施例的一种电子迁移可靠度的测量方法的流程图；
图2为本发明较佳实施例的一种电子迁移可靠度的测量方法所使用的脉冲波的示意图；
图3为施加于金属导线的脉冲波电流强度与金属导线漏电流的关系图；以及
图4为在被测量元件中，介电层温度变化随着与金属导线的距离增加呈指数衰减示意图。
400：金属导线
402：阻障层
404：介电层
M：圈示部位
P1：脉冲波
S102、S104、S106、S108：步骤
T1、T2：时间具体实施方式
请同时参照图1以及图2，图1为本发明较佳实施例的一种电子迁移可靠度的测量方法的流程图，且图2为本发明较佳实施例的一种电子迁移可靠度的测量方法所使用的脉冲波的示意图。
首先，于步骤S102将被测量元件设置于测量电子迁移可靠度所使用的测量机台上，由于本发明采用提供脉冲波的方式进行电子迁移可靠度的测量，因此此测量机台具备有产生脉冲波的装置。
接着，请同时参照图1的步骤S104以及图2，于步骤S104中，在时间T1的期间供给被测量元件一脉冲波P1，以使被测量元件的金属导线温度在极短时间上升到一个相当高的温度。其中此脉冲波P1例如是可以由电流的形式产生，也可以由电压的形式产生。而且，此施加脉冲波的时间T1，可以是从奈秒(10-9)到毫秒(10-8)的微小间距。
接着，请参照图1的步骤S106，在施加脉冲波P1之后，另外施加一测试电流(未图标)，以测量被测量元件的电性质变化，例如是测量漏电流或是电阻值的一定量变化值，以了解此被测量元件是否因为电子迁移现象而失效。以测量被测量元件的电阻值而言，当被测量元件的金属导线断线时，能够通过测量到电阻值的急剧上升而得知。
接着，请同时参照图1的步骤S108以及图2，于步骤S106中，保持被测量元件于测量机台中，并停止对被测量元件施加脉冲波P1，而且也不对被测量元件施加任何形式的电流以及电压，在时间T2的区间内保持被测量元件于此状态，以使被测量元件的温度能降至接近常温。
上述步骤S104到步骤S108，也就是图2中的时间T1加上时间T2构成了一个脉冲波周期，此脉冲波周期可以从毫秒到数十秒，甚或是更长的时间。被测量元件则放置在测量机台上，以反复脉冲波周期的方式持续进行电子迁移可靠度的测试。
接着，请参照图3，图3为施加于金属导线的脉冲波电流强度与金属导线漏电流的关系图。图中漏电流曲线发生急剧变化的部分(圈示部位M)即代表金属导线发生烧熔的现象。由图3可知，脉冲波电流能够加至高达0.08安培的电流强度，金属导线才会开始有热累积而产生金属导线的烧熔，然而对传统的测试方法而言，定电流的方式只能施加低于0.01安培的电流，否则金属导线就有烧熔的可能。由此可知依本发明施加脉冲波的方法能够使用远较公知高的电流值进行电子迁移可靠度的测量。
尚且，由于本发明是采取在极短时间给予大电流，使被测量元件的金属导线在极短时间(时间T1)加热至高温，随后停止电流供应(加热)，让金属自然冷却(时间T2)的方式，因此，本发明在测量时的温度会比公知方法高很多，但是大多数时间被测量元件是处于低温状态(接近常温)，而让热量的分布如图4的金属导线剖面图所示，使包围金属导线400、阻障层402的介电层404温度，随着与金属导线的距离增加呈现指数衰减，以使低介电常数材质(介电层)不至于因为高热而劣化。
而且，本发明的测量方法所得的可靠度测量数据，应用布雷克方程式以及叠加原理，可以与低温长时间测量的资料具有合理的相关性，也就是，传统测量方法的失效时间(Time To Failure，TTF)与本发明脉冲波测量方法的失效时间总和(∑[TTF(pulse)])具有相关性，而能够得到：
TTF(传统方法、未导入低介电常数材质)＝αTTF(使用脉冲波、导入低介电常数材质)
因此本发明的方法能够应用布雷克方程式进行电子迁移可靠度的测量。
综上所述，本发明利用脉冲波的方式在极短时间供给被测量元件大电流进行测试，其余的时间则不加电流，以使被测量元件的金属导线温度保持低温状态，因此不会使低介电常数材质受高温而劣化，而能够应用于使用低介电常数材质的工艺。
而且，由于本发明的测量方法不会使低介电常数材质受高温而劣化，不会造成低介电常数材质劣化的误判，因此本发明能够应用布雷克方程式以进行电子迁移可靠度的测量。
尚且，本发明利用脉冲波的方式在极短时间供给被测量元件大电流进行测试，此大电流能够高出公知所使用的电流值甚多，因此本发明能够加速电子迁移可靠度的测量，以缩短测量所耗费的时间。