[发明专利]一种力电热多场耦合下微电子产品可靠性测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子产品可靠性测试与寿命预测技术领域，具体涉及一种力电热多场耦合下微电子产品可靠性测试方法。

背景技术

在现代微电子工业中，互连体制造技术通常都是将互连电路物理沉积或化学粘接在半导体材料或高聚物介电材料基板上，在这些物理或化学工艺过程中，制备的互连体电路材料中通常受到基体的强约束效应而产生很高的工艺残余应力；此外，当电流通过焊点引起温度变化时，由于焊料与基板材料热膨胀系数的不同会导致在焊点中产生很强的热应力；因此微电子产品在长期使用过程中要同时受到力和电的耦合作用。在力电热多场耦合作用下，温度和应力场会加快电迁移等电致损伤的发生，同时电流作用也会促进材料中缺陷的形成和材料的弱化，进而加速产品在应力场下的失效过程。因此，力电耦合作用下微电子产品的服役，不能视做应力和电流两种效应的简单迭加，而是存在着复杂的关联与耦合效果。

目前对于微电子产品在力、热、电单场条件下的可靠性评估和寿命预测均有较系统的测试方法、标准与装备，但对于力、热、电多场耦合条件下微电子产品的可靠性测试与评估尚缺乏相应的测试技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种力电热多场耦合下微电子产品可靠性测试方法，该测试方法采用加速实验方案，即在测试中选用高于实际使用条件下的电流密度、温度、温度变化速率，从而使试样在较短的时间内失效。然后通过对实验数据的系统分析，给出对应于实际使用环境条件的加速因子，继而对测试产品在实际使用环境下的服役寿命进行预测和评估。该方法解决了目前多场条件下微电子产品多场服役特性测试及评价困难的问题。

由于力电热多场条件下微电子产品的服役行为不能简单视为为单场下失效行为的简单叠加，而是要考虑力电热多场之间复杂的关联与耦合效果，因此其测试过程中需要对单场和多场耦合条件下的失效时间分别测试，进而计算出不同电流密度和温度循环条件下微电子产品的服役寿命。

本发明的技术方案是：

一种力电热多场耦合下微电子产品可靠性测试方法，该方法首先在特定实验条件下测试微电子产品单场电迁移、单一热循环和力电热多场耦合条件下样品的平均失效时间，然后通过多场耦合条件下的服役寿命评价公式及测试中得到的参数，计算出不同电流密度和温度循环条件下微电子产品的服役寿命；具体包括如下步骤：

（1）测量待测样品的初始电阻，设定电阻变化阈值。

（2）在恒温条件下对测试样品施加电流载荷，测试样品的电阻变化；以样品电阻变化超过阈值为样品失效判据，测试样品的平均失效时间（寿命）MTTF；根据公式（1）得出电迁移指数前因子A、电流常数n和电迁移激活能Q_em。

MTTF=Aj-nexp(QemkT)---(1)]]>

其中：j为电流密度，k为玻尔兹曼常数，T为温度。

（3）在温度循环载荷下测试样品的电阻变化；以样品电阻变化超过阈值为样品失效判据，测试样品的平均失效时间N_f0；然后根据公式（2）得出非弹性剪切应变范围Δγ₀。