• 한국진공학회지
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• 제10권4호
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• pp.403-410
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• 2001

본 연구에서는 차세대 Cu 박막 증착 방법으로 유망한 CVD(chemical vapor deposition)방법으로 실질적 배선 증착 공정과 동일하게 시행하여 여러 조건에서 Cu를 증착하여 가장 EM에 관하여 높은 내구성을 가지는 조건을 알아보고 또한 박막의 미세구조가 EM에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보았으며 MOCVD 방식으로 증착한 Cu박막의 표면과 barrier layer인 TiN과의 응력(stress)을 조사하여 차세대 EM모델인 grain boundary grooving 모델에 실질적으로 적용하였다. 또한, 이러한 실험을 행 한 후에 정확한 EM 현상을 관찰하고 분석하여 반도체 소자의 신뢰성과 성능개선, 결함 예측, 그리고 소자의 배선설계에 중요한 정보를 제공할 것이다. 또한, 보다 우수한 EM 특성을 가질 수 있게 하기 위해 barrier layer위에 Cu와의 접착력(adhesion)을 향상시킬 수 있는 promoter로 Al을 이용하여 얇게 증착한 후 EM축적 파괴 실험을 하여 EM에 대한 높은 저항성을 실질적으로 가질 수 있는지에 대한 실험도 병행하였다.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.19-24
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• 2013

As CMOS technology is scaled down more aggressively, the reliability mechanism (or aging effect) caused by the diffusion of metal atoms along the conductor in the direction of the electron flow, also called electromigration (EM), has become a major reliability concern. With the present of EM, it is difficult to control the current flows of the MOSFET device and interconnect. In addition, nanoscale CMOS circuits suffer from increased gate leakage current and power consumption. In this paper, the EM effects on current of the nanoscale CMOS circuits are analyzed. Finally, this paper introduces an on-chip current measurement method providing lifetime electromigration management which are designed using 45-nm CMOS predictive technology model.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권4호
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• pp.83-88
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• 2018

Cu/Ni/Sn-Ag 미세범프 접합 공정후 Ni/Sn-Ag접합계면에 잔류한 비전도성 필름(non-conductive film, NCF) trap 형성이 전기적 신뢰성에 미치는 영향을 분석하기 위해 온도 $150^{\circ}C$, 전류밀도 $1.5{\times}10^5A/cm^2$ 조건에서 electromigration (EM) 신뢰성 실험을 진행하였다. EM 신뢰성 실험 결과, NCF trap이 거의 없는 Cu/Ni/Sn-Ag 미세범프가 NCF trap이 형성된 미세범프 보다 약 8배 긴 EM 수명을 보여주고 있다. 저항 변화 및 손상계면에 대한 미세구조 분석결과, Ni/Sn-Ag접합계면에 공정 이슈에 의해 형성된 NCF trap이 Ni-Sn 금속간화합물/Sn-Ag솔더계면에 보이드를 유발하여 EM 원자 확산을 방해하기 때문에 빠른 보이드 성장에 의한 전기적 손상이 일찍 발생하는 것으로 판단된다.

• 한국진공학회지
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• 제4권4호
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• pp.380-385
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• 1995

AI-1%Si 박막배선에서 수명의 길이 의존성 및 EM에 대한 저항성을 절연보호막 및 온도에 대하여 관찰하였고 ICB증착된 Cu박막배선의 EM에 대한 저항성을 측정하여 진공 열증착된 Cu 박막배선과 비교하였다. 첫째, 절연보호막 처리된 AI-1%Si 박막배선에서 길이가 200$\mu$m에서 1200$\mu$m로 증가함에 따라 전류인가에 의한 평균 수명과 활성화에너지값이 감소하다가 임계길이서부터는 모두 포화되는 것으로 나타났다. 절연보호막 물질에 상관 없이 고온으로 갈수록 임계길이가 짧아지며 그것을 넘는 영역에서는 길에에 대한 의존성이 약해져 임계길이 이상을 갖는 박막배선인 경우 평균수명 및 활성화 에너지값은 길이보다 막특성에 의존하는 것으로 사료된다. 둘째, ICB 증착된 Cu 박막배선의 d.c.인가에 따른 평균 수명은 진공 열층착된 Cu 박막배선보다 길게 나왔으며 e.ectromigration에 대한 활성화 에너지값도 1.70eV로 1.33eV보다 높게 측정되어 EM에 대한 저항성이 증가한 것으로 나타났다.

• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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• 제48권6호
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• pp.436-441
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• 1999

Joule heating effect in EM(Electromigration) test were performed on a bend test structure. EM test is done under high current densities(1.0-2.5MA/cm2), which leads to joule heating. Since joule heating is added to the controlled oven(stress) temperature, themetal line temperature is higher than the stress temperature. The increase in the stress temperature due to joule heating is important because EM phenomena and metal line failure are related to the stress temperature. In this paper, metal line was stressed with a current density of 1.0 MA/$cm^2$, 1.5MA/$cm^2$, 2.0MA/$cm^2$, 2.5MA/$cm^2$, for 1200 sec and temperature increase due to joule heating was less than $10^{\circ}C$. Also it took 30 minutes for the metal line to equalized with oven temperature. Recommendations are given for the EM test to determine the initial resistance of EM test structure under stress temperature and current density.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권3호
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• pp.81-88
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• 2019

본 연구에서는 그래핀 산화(graphene oxide, GO) 분말 첨가가 ball grid array(BGA) 패키지와 printed circuit board(PCB)간 Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305) 무연솔더 접합부의 electromigration(EM) 수명에 미치는 영향에 대하여 보고 하였다. 솔더 접합 직후, Ni/Au표면처리된 패키지 접합계면에서는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$가 생성되었으며 organic solderability preservative(OSP) 표면처리 된 PCB 접합계면에서는 $Cu_6Sn_5$ 금속간화합물(intermetallic compound, IMC)이 생성되었다. $130^{\circ}C$, $1.0{\times}10^3A/cm^2$ 전류밀도 하에서 EM 수명평가 결과, GO를 첨가하지 않은 솔더 접합부의 평균 파괴 시간은 189.9 hrs으로 도출되었고, GO를 첨가한 솔더 접합부의 평균 파괴 시간은 367.1 hrs으로 도출되었다. EM에 의한 손상은 패키지 접합계면에 비하여 pad 직경이 작은 PCB 접합계면에서 전자 유입에 의한 Cu의 소모로 인하여 발생하였다. 한편, 첨가된 GO는 하부계면의 $Cu_6Sn_5$ IMC와 솔더 사이에 분포하는 것을 확인하였다. 따라서, SAC305 무연솔더에 첨가된 GO가 전류 집중 영역에서 Cu의 빠른 확산을 억제하여 우수한 EM 신뢰성을 갖는 것으로 생각된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권2호
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• pp.47-53
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• 2015

인쇄회로기판 솔더 상부 및 하부 접합부의 서로 다른 표면처리 조건에 따른 Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) 접합부의 열처리 및 전류 인가에 따른 금속간 화합물 성장거동을 비교하기 위하여 in-situ 미세구조분석 및 electromigration (EM) 수명평가를 실시하였다. 솔더 접합 직후, 상부 접합부의 electroless nickel immersion gold (ENIG) 표면처리에서는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$, 하부 접합부의 organic solderability preservative (OSP) 표면처리에서는$ Cu_6Sn_5$, $Cu_3Sn$ 금속간 화합물이 접합 계면에서 생성되었다. EM 수명평가 결과 온도 $130^{\circ}C$, 전류밀도 $5.0{\times}10^3A/cm^2$ 하에서 평균파괴시간이 약 78.7 hrs으로 도출되었고, 하부 OSP 표면처리에서 전자가 솔더로 빠져나가는 부분에서 Cu의 소모에 의한 단락이 주 손상기구로 확인되었다. In-situ 주사전자현미경을 통해 계면 미세구조 분석 결과 상부 접합부 ENIG 표면처리에서 전자의 방향에 따른 미세구조의 큰 차이가 없고 뚜렷한 손상이 관찰되지 않았으나, 하부 접합부 OSP 표면처리의 경우 전자가 솔더로 유입되는 부분에서 빠른 Cu 소모로 인한 보이드 성장이 관찰되었다. 따라서, SAC305무연솔더 접합부에서 ENIG 표면처리가 OSP 표면처리보다 보다 우수한 EM확산방지막 역할을 하여 금속간 화합물 성장을 억제하고 보다 우수한 EM 신뢰성을 보이는 것으로 판단된다.

• Journal of Korean Vacuum Science & Technology
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• 제5권1호
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• pp.11-18
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• 2001

Dielectric passivation effects on the EM(electromigration) have been a great interest with recent ULSI and multilevel structure tends in thin film interconnections of a microelectronic device. SiO$_2$, PSG(phosphosilicate glass), and Si$_3$N$_4$ passivation materials effects on the EM resistance were investigated by utilizing widely used Al-1%Si thin film interconnections. A standard photolithography process was applied for the fabrication of 0.7㎛ thick 3㎛ wide, and 200㎛ ~1600㎛ long Al-1%Si EM test patterns. SiO$_2$, PSG, and Si$_3$N$_4$ dielectric passivation with the thickness of 300 nm were singly deposited onto the Al-1%Si thin film interconnections by using an APCVD(atmospheric pressure chemical vapor deposition) and a PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) in order to investigate the passivation materials effects on the EM characteristics. EM tests were performed at the direct current densities of 3.2 $\times$ 10$\^$6/∼4.5 $\times$ 10$\^$6/ A/cm$^2$ and at the temperatures of 180 $\^{C}$, 210$\^{C}$, 240$\^{C}$, and 270$\^{C}$ for measuring the activation energies(Q) and for accelerated test conditions. Activation energies were calculated from the measured MTF(mean-time-to-failure) values. The calculated activation energies for the electromigration were 0.44 eV, 0.45 eV, and 0.50 eV, and 0.66 eV for the case of nonpassivated-, Si$_3$N$_4$passivated-, PSG passivated-, and SiO$_2$ passivated Al-1%Si thin film interconnections, respectively. Thus SiO$_2$ passivation showed the best characteristics on the EM resistance followed by the order of PSG, Si$_3$N$_4$ and nonpassivation. It is believed that the passivation sequences as well as the passivation materials also influence on the EM characteristics in multilevel passivation structures.

• 한국진공학회지
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• 제11권4호
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• pp.194-200
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• 2002

MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition) Cu 박막을 여러 조건에서 열처리를 행하여 그 전기적 특성과 미세구조의 변화를 통해 적절한 열처리 조건을 찾고 그 효과를 조사하였다. Ar 1 torr, $400^{\circ}C$에서 열처리를 거친 Cu 박막의 비저항이 1.98 $\mu$Ω.cm로 가장 낮게 나타났으며, 결정성의 경우도 $I_{(111)}/I_{(200)}$의 비가 2.03에서 3.11로 열 처리를 거치지 않았을 경우와 비교해서 약 50% 정도 향상된 값을 나타내었다. 열처리 후의electromigration(EM) 테스트에서는 Ar 1 torr, $400^{\circ}C$에서 열처리를 거친 배선이 EM에 대한 가장 높은 저항성을 보였다. 이것은 열처리 후 낮은 비저항, (111) 결정면의 성장, 그리고 표면 거칠기의 감소에서 기인한 것이다.

• Journal of Korean Vacuum Science & Technology
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• 제7권2호
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• pp.39-44
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• 2003

Recent ULSI and multilevel structure trends in microelectronic devices minimize the line width down to a quarter micron and below, which results in the high current densities in thin film interconnections. Under high current densities, an EM(electromigration) induced failure becomes one of the critical problems in a microelectronic device. This study is to improve thin film interconnection materials by investigating the EM characteristics in PSG(phosphosilicate glass)/SiO$_2$ passivated Al-l%Si thin film interconnections. Straight line patterns, wide and narrow link type patterns, and meander type patterns, etc. were fabricated by a standard photholithography process. The main results are as follows. The current crowding effects result in the decrease of the lifetime in thin film interconnections. The electric field effects accelerate the decrease of lifetime in the double-layered thin film interconnections. The lifetime of interconnections also depends upon the current conditions of P.D.C.(pulsed direct current) frequencies applied at the same duty factor.