[發(fā)明專利]一種芯片中局部溫度控制的實現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110153886.X
• 申請日: 2011-06-09
• 公開（公告）號: CN102819278A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設計）人: 章曉文
• 申請（專利權）人: 工業(yè)和信息化部電子第五研究所
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 程躍華;何傳鋒

技術領域

本發(fā)明涉及芯片的可靠性測量，尤其涉及一種芯片中局部溫度控制的實現(xiàn)方法。

背景技術

隨著超深亞微米CMOS工藝技術的不斷發(fā)展，各種失效機理開始顯現(xiàn)出來，熱載流子注入效應(HCI，?Hot?Carrier?Injection)、與時間有關的柵介質擊穿(TDDB，Time?Dependent?Dielectric?Breakdown)、金屬化電遷移(EM，Electro?migration)、歐姆接觸孔鏈退化和PMOSFET負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI，Negative?Bias?Temperature?Instability)是超大規(guī)模集成電路中出現(xiàn)的主要失效機理，這些失效機理均和環(huán)境溫度有關。ULSI/VLSI生產廠家為了保證所生產電路的可靠使用，均會在加速應力條件下對這些失效機理的可靠性進行評價，根據(jù)預定的失效判據(jù)，評價工藝線失效機理的可靠性水平。

當芯片中存在多個器件時(不是所有的器件都在該次試驗中使用)，在高溫環(huán)境條件下進行HCI、TDDB、EM和NBTI等效應的測量時，現(xiàn)有技術需要一個高溫箱或加熱平臺，并對芯片整體進行加熱。即增加了設備開支，而且由于是在高溫環(huán)境條件下，試驗過程中還會對芯片上的其它器件產生影響。對于金絲鍵合點來說，高溫環(huán)境對金鋁鍵合的可靠性有顯著影響，用于封裝級可靠性評價試驗的器件(內含HCI、TDDB、EM和NBTI等效應的測試結構)，其鍵合引線不能采用金線鍵合，而只能使用鋁線進行鍵合。但目前許多超大規(guī)模集成電路尤其是軍用超大規(guī)模集成電路其內部的鍵合引線是金線，原因在于金線的導電導熱性能好，金絲球焊的可靠性高。銅互連線的電遷移試驗需要350℃左右的高溫環(huán)境，對于大多數(shù)的科研和教學單位來說，高溫箱能提供的環(huán)境溫度為25℃-300℃，在這些單位中，最高溫度可達350℃的高溫箱非常少見，而且購買一臺最高溫度可達350℃高溫箱的費用昂貴，使用過程中也會有大量的電源消耗，除了銅工藝產品生產廠家需要這么高溫度的高溫箱以進行產品的可靠性考核，一般的高溫箱用戶很少使用最高溫度超過300℃的高溫箱。

Kiethley公司生產的4200-SCS半導體特性分析儀可進行MOS器件的HCI、TDDB、EM和PMOSFET的NBTI等效應的測量，配上開關陣列可同時對多個器件施加應力，該設備主要用于圓片級的可靠性測量。當進行高溫環(huán)境條件下的HCI、TDDB、EM和PMOSFET的NBTI等效應的測量時，需要一個帶有加熱平臺的探針臺，并根據(jù)器件中PAD的排列位置制作探針卡，以實現(xiàn)預定的高溫環(huán)境條件下各種效應的退化試驗。

Agilent公司生產的HP4155A及以上系列的半導體參數(shù)測量儀等設備均可進行MOS器件的HCI、TDDB、EM和PMOSFET的NBTI等效應的測量。該設備可用于圓片級和封裝級的可靠性測量，配上開關陣列可同時對多個器件施加應力。由于設備中沒有恒溫裝置，當進行高溫環(huán)境條件下的HCI、TDDB、EM和NBTI效應的測量時，需要根據(jù)器件的封裝尺寸制作高溫PCB版，并需要一臺高精度的高溫箱控制環(huán)境溫度，以實現(xiàn)預定的高溫環(huán)境條件下HCI、TDDB、EM和NBTI等效應的退化試驗。

泰瑞達(Qualitau)公司的MIRA可靠性測量模塊。MIRA(Modular?Integrated?Reliability?Analyzer，集成的可靠性分析模塊)是可靠性測量的專業(yè)設備，配置有高溫箱，所測器件置于高溫箱中，高溫箱最高溫度可達350℃。由于設備自帶高溫箱，MIRA可進行高溫環(huán)境下互連線的EM、接觸孔的EM、互連線的SM(Stress?Migration，應力遷移)、SILC(Stress?Induce?Leakage?Current，應力引起的漏電流)、ILD(Inter?Layer?Dielectric?breakdown?test，層間介質擊穿測量)、TDDB、HCI、NBTI、交流HCI和雙極器件的HCI效應的可靠性測量，主機柜可同時進行四種效應的可靠性測量。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種芯片中局部溫度控制的實現(xiàn)方法，在不使用高溫箱的條件下，解決HCI、TDDB、EM和NBTI等效應測量過程中器件的局部溫度控制，使得失效機理的可靠性評價在恒定的溫度環(huán)境下開展。