[发明专利]用于确定半导体电路的故障的导轨组件、设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于确定半导体电路故障的导轨(117)组件(100)，其中，所述导轨(117)优选地布置在半导体电路的层上，其特征在于，所述组件(100)包括多个区段(112,113,114,115,116)，其中，所述区段(112,113,114,115,116)布置为串联，其中，每个区段(112,113,114,115,116)具有一定数量的导轨(117)其中，所述导轨(117)的数量在各个区段(112,113,114,115,116)中是不同的，其中，每个区段(112,113,114,115,116)具有起始区域和末端区域，其中，可检测对应区段(112,113,114,115,116)的起始区域和末端区域之间的电压差值，并且在故障情况下各个所述区段(112,113,114,115,116)的电压差值是不同的。

技术领域

本发明涉及一种用于确定半导体电路的故障的导轨组件、设备和方法。

背景技术

集成电路包含多个通过复杂金属化部连接的高度集成的电路元件，例如晶体管、电阻或电容。在集成电路运行期间，电流流经该金属化部，其中，由于小的导线横截面或者在金属层的连接部位内可能出现非常高的电流密度，典型地在直至1MA/cm²的范围内。在此发生故障机理，即所谓的电子迁移。电子与导轨的原子相撞，其中，进行脉冲传递，所述脉冲传递导致金属原子沿电子流方向的移位或者扩散。如果在此发生质量流发散，那么在导轨中形成空穴，也就是说在金属化部的确定部位上，与补充提供的金属原子相比，更多的金属原子运动离开，例如在由另一种材料例如钨组成的晶界或过孔上。在此不利的是，导轨会断裂，也就是说导轨被中断并且不再存在ASIC的电学功能。上升的温度同样提高了电子迁移的效应。此外，该效应显著与导轨的自身发热、负荷的信号变化过程(其中，交流电流产生较少的退化)、所使用的金属例如铝、钨、铜、钛等有关并且与它们的机械特性、金属化部的加工参数(包括过程误差和布置例如轨道的长度和宽度)有关。

为了确定故障机理已知的是，评估导轨、过孔和触点的最大负荷能力。用于此的方法和测试结构是标准化的，例如固态技术协会标准、JESD61、JESD63、JESD87。此外，借助有限元方法实现的电子迁移效应的模拟是已知的。此外，加快的测试方法和可靠性测试与真实应用的条件相关联，这例如在作者V.Hein于ICSE 2006年“带有或不带有挤压监视器的电子迁移测试结构的模拟”(“Simulation of Electromigration Test Structures withand without Extrusion Monitors”,V.Hein,ICSE 2006)中被描述。

文献DE 10 2008 000 218 A1描述了一种改进测试结构，其目的是减少在快速测试中的相应测试时间。

同样已知的是，导轨宽度的设计基于对金属化部的事实上的场负荷和负荷能力的认定。如果事实上的负荷较高或金属化部有缺陷，那么尽管质量检查和功能检查已通过，仍存在失效危险。

文件US 8890556 B2公开了，在应用中持续监控电子迁移并且描述了在ASIC中运行的相应测量循环。

由标准试验已知的结构基于对各个导轨的长时间测量并且检测在该试验时间点的最关键的导轨尺寸，在该导轨尺寸情况下存在最强烈的电子迁移，以便因此确定最大的负荷能力。在此，该评定的目的不是相对测量，因为相应的测量装置能够给定对于电阻的绝对参量并且必须针对最大负荷能力的规格给定绝对参量。

所述评定仅检验有限量的材料。在此，应当防止在场中出现的最重要的负荷，也就是说，在温度最高时在最不稳定的导轨上的最大电流。这导致超出尺寸，然而非预计的低负荷能力(例如由于加工波动)或非规划的过载(例如在负荷边界上的持续运行)可能非成本有效地被满足。