[發明專利]芯片測溫方法和測溫裝置

有效

• 申請號: 200910200023.6
• 申請日: 2009-12-01
• 公開（公告）號: CN102082107A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 郭強;龔斌
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L21/00;H01L23/544;G01K7/16
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及可靠性測試領域，特別涉及芯片測溫方法和測溫裝置。

背景技術

目前，在半導體器件的后段(back-end-of-line，BEOL)工藝中，制作半導體芯片時，半導體有源區層和柵極層形成之后，需要在柵極層之上形成金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線和層間介質層(Inter-layerdielectric，ILD)。以銅工藝為例，需要對上述層間介質層制造溝槽(trench)和連接孔，然后在上述溝槽和連接孔內沉積金屬銅，沉積的金屬銅即為金屬互連線。圖1為銅工藝芯片內各層分布圖，由下而上包括：半導體襯底上的有源區層101；位于半導體襯底之上，且處于有源區的源漏極之間的柵極層102；三層金屬互連層，依次為底層金屬互連層103、中間金屬互連層104和頂層金屬互連層105。其實，金屬互連層的層數根據芯片功能的需要可以具體設置，在先進的工藝中，金屬互連層的層數已經達到8～10層。ILD包括刻蝕終止層，例如氮化硅層，還包括形成在刻蝕終止層上的絕緣材料層，傳統上絕緣材料層采用介電常數約為4的氧化硅層，較大的介電常數從而使銅互連線間的寄生電容增加，因此會導致信號延遲或功耗增加的缺陷。為了克服該缺陷，ILD的絕緣材料層改為低介電常數(Low-K)材料層，例如含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鉆石(black?diamond，BD)或者摻有氟離子的硅玻璃(FSG)等。此類Low-K材料層的介電常數一般都小于3，但是此類Low-K材料層的熱導性差，難于散熱。對于越來越復雜的芯片，金屬互連層的數量隨之增加，更加凸顯了Low-K材料層的熱導性差的缺陷，由于有源區層101主要為發熱源，位于芯片底部，溫度自下而上呈梯度分布，使得每層金屬互連層以及有源區層和柵極層實際上各自具有不同的溫度。

可靠性測試是芯片在大批量生產前的芯片驗證階段需要通過的測試，一般為加速測試(accelerated?test)，能夠檢測芯片的使用壽命是否符合設計要求。具體作法是將芯片置于高溫和高壓(所述高溫和高壓都高于芯片的正常工作溫度和電壓)的模擬環境中，以在短時間內模擬出芯片在正常工作條件下的使用壽命。芯片在正常工作時的使用壽命(TTF1)與在加速測試時的壽命(TTF2)的比值，稱為加速因子(acceleration?factor)。根據加速測試條件下的芯片壽命和加速因子可以得到芯片正常工作條件下的使用壽命。經研究表明，芯片的壽命隨芯片上器件的溫度升高成指數下降的趨勢，也就是說芯片的壽命與芯片溫度密切相關，芯片溫度越高，芯片壽命越短。TTF1=AeEaKT1,]]>TTF2=AeEaKT2,]]>其中，K是波爾茲曼常數；A是跟材料特性等相關的常數；Ea是激活能，一般通過實驗得到；T1為芯片在正常工作條件下的溫度；T2為芯片在加速測試時的溫度。因此是跟芯片在正常工作條件下的溫度和加速測試時的溫度密切相關的，如果不能準確測量芯片內的溫度，則不能準確得到加速因子，也就不能準確推算出芯片在正常工作條件下的使用壽命。原本使用壽命符合要求的芯片設計或生廠工藝，可能由于不準確的芯片溫度測量被誤判斷不合格而無法進入批量生產階段，造成巨大的經濟損失，這是所不希望發生的問題，所以說芯片內溫度的準確測量就顯得尤為重要。而現有技術中并未意識到上述每層溫度的差別，所以認為芯片每層溫度相同，將芯片作為整體得到的溫度去計算使用壽命，這是不準確的。芯片內各層實際上具有不同的溫度，現有技術還不能得到芯片內各層的準確溫度。

發明內容

有鑒于此，本發明解決的技術問題是：準確獲得加電情況下芯片內各層的溫度。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案具體是這樣實現的：