DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE
DIN EN 62880-1
Halbleiterbauelemente - Zuverlässigkeit auf Waferniveau für Halbleiterbauelemente - Teil 1: Prüfverfahren zur Stressmigration von Kupfer (IEC 47/2191/CD:2014)
Semiconductor devices - Wafer level reliability for semiconductor devices - Part 1: Copper stress migration test method (IEC 47/2191/CD:2014)
Einführungsbeitrag
Stressmigration wurde 1984 erstmals beschrieben, als bei Leitern Ausfälle und sogenannte Fehlstellen in Verbindungsleitern aus Aluminium bei Null-Stromdichten festgestellt wurden. Als Problemursache wurden rasch mechanische Spannungen (Stress) identifiziert. Während der unterschiedlichen Schritte der Herstellung integrierter Schaltungen werden die strukturierten metallischen Verbindungsleiter mit einer intermetallischen dielektrischen Schicht oder einer Passivierungsschicht bedeckt. Während des Abscheidens dieser dielektrischen Schichten wird der Wafer auf einige hunderte Grad Celsius erwärmt. Die metallischen Leiter dehnen sich aus und das Volumen ist größer als das Volumen bei Raumtemperatur. Beim Abkühlen auf Raumtemperatur werden große mechanische Zugspannungen im metallischen Leiter aufgebaut, welche durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metallisierung und umgebendem Werkstoff verursacht werden. Falls diese Spannungen vollständig abgebaut werden, wird die Volumendifferenz in Form eines Void (Fehlstelle) zu sehen sein. Bei Kupfermetallisierungen tritt die Stressmigration in den Leiterbahnen mit Vias auf, wobei diese Stressmigration ein problematischer Zuverlässigkeitsaspekt ist. Das Stressmigrations-Prüfverfahren ist ein Hochtemperatur-Lagerungs-Prüfverfahren. Dieser Ausfallmechanismus kann weder durch elektrische Spannung noch durch Strom, sondern nur durch Temperatur beschleunigt werden. Der Hohlraum wächst infolge der Wärmebeanspruchung und folglich nimmt der Widerstand zu. Das kann modelliert werden, um einen Beschleunigungsfaktor für das Hohlraumwachstum zu erhalten. In diesem Dokument sind ein Prüfverfahren zur Stressmigration (durch Stress verursachte Volumendefekte) bei Kupfermetallisierungen und ein Verfahren zur Schätzung der Produktlebensdauer bei Stressmigrations-Ausfällen festgelegt. Dieser Norm-Entwurf ist zur Untersuchung der Zuverlässigkeit und zur Qualifikation von Halbleiterbauelementen anwendbar. Da die Übersetzung des zu Grunde liegenden Entwurfdokuments IEC 47/2191/CD:2014, der vom IE/TC 47 "Semiconductor devices" erarbeitet wurde, noch nicht abgestimmt ist, ist dieses IEC-Entwurfs-Dokument dem Entwurf für eine DIN-Norm beigefügt. Zuständig ist das DKE/K 631 "Halbleiterbauelemente" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE.
