电迁移导致的金属互连线失效是集成电路可靠性最关心的问题之一。直流应力DAC10FX下的电迁移失效己经研究了几十年,在集成电路工业界,已经建立了直流应力下的加速试验测试方法和设计规则。但交流应力条件下的电迁移失效方式有其自身的特点,不能完全等同于直流条件下的电迁移。在CMOs电路中,由于很多互连线上既 有直流信号也有交流信号,更有必要评价金属互连线在交流电流作用下的电迁移可靠性。

   纯交流应力条件下的电迁移。过去的研究发现,交流应力下互连线电迁移寿命比其直流寿命大几个数量级。通常认为这个结果是由损伤恢复效应引起的,即发生在电流应力正半周的损伤在随后的负半周部分被恢复。通过引入损伤恢复因子而提出了有效电流密度模型,对纯交流应力,当电流频率足够高(>1kHz)时,损伤恢复因子/的值约为1,失效时间趋于无穷大,这意味着在高频率的交流应力下,纯交流电流应力不会引起金属条的电迁移。然而,很高的电流密度会产生严重的焦耳热,有可能产生金属铝膜的热迁移失效,这时失效部位发生在温度梯度最大的地方。

   对已存在电迁移损伤空洞的金属线,用如下的试验方式验证了纯交流应力对金属条电迁移可靠性的影响。先用直流信号作用于金属线样品,从而有意识地引入一些空洞,然后监测金属线电阻的变化。在电阻值的变化达到一定程度后(例如有5%的电阻增加值,这相当于在金属线中存在有效的空洞),将直流信号转换成交流信号,同时监测电阻随时间的变化。试验发现,在电流密度不是太大、不至于产生明显焦耳热的情况下,即使在金属线条上存在空洞,交流应力也不会损伤金属线,即纯交流应力没有明显影响金属线的电迁移可靠性。