焦耳热的特征化的方法及系统技术方案

根据一示范具体实施例，一种在导体的焦耳热与导体的电流密度之间建立关系的方法，系经由进行晶圆层次测量所实施（５００）。根据本示范具体实施例，进行晶圆层次测量，以达到导体里的电阻的温度系数（１１８，５０２）。该方法同样包括决定该导体的热电阻（５１０）。该热电阻随后用来建立该导体的焦耳热与该导体的该电流密度之间的关系（５１２）。如此得到的关系随后则用来决定设计规则、平均失败时间与其它信息，以助于可靠半导体装置的设计（５１４）。根据另一示范具体实施例，晶圆层次测量系统（１００）则使用来建立起一导体的焦耳热与该导体的电流密度之间的关系。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般关于一种半导体领域。本专利技术更尤其关于一种用来将半导体的焦耳热特征化的方法与系统。
技术介绍
在获得速度增加的努力中，在微处理器与其它半导体装置技术的状态中，铜与低介质常数(″低-k″)的介质正取代铝以及现有的介质，譬如二氧化硅。藉由利用低k介质，相较于起因于使用现有介质而产生的电容值，半导体制造商能有利地得到减少的间层与内层电容值。不过，低k介质一般是导热性差的导体，并且在铜金属层，尤其是上部金属层中导致增加的″焦耳热″。经由背景资料，″焦耳热″是电流遇到金属结构(譬如半导体装置中的互联机)的电阻所产生的热能。随着温度增加，金属结构中的电阻将由于在该金属结构中晶格碰撞的数量增加而增加。因此，因为增加的热能导致金属结构中的电阻增加，所以焦耳热将进一步随着电流增加而增加。由于焦耳热所产生的增加热能，半导体装置的性能可不利地受到影响。同样地，在达成高速度的努力中，半导体制造商基本上藉由将电流密度增加到最大可允许范围，而使半导体装置的设计达到极限。结果，假如不将焦耳热所导致的热能增加考虑在半导体装置设计中的话，那么半导体装置的可靠度则可能受到不利的影响。因此，在使用铜与低k介质的半导体装置中将焦耳热特征化并且在设计那些装置上允许焦耳热的方面上，半导体制造商会受到挑战。在现有的方法中，焦耳热系藉由对一特定金属结构进行非常多数的逐点测量而来决定，以对应注入于该金属结构内的特定电流量，而得到焦耳热量。因为非常大多数的数据点必须以个别的测量来得到，所以对应一特定结构所用的非常大次数注入电流而来决定焦耳热的制程则非常耗时。更者，在包含数层金属层的半导体装置中，各金属层的焦耳热量则必须使用上述各金属层的耗时制程而个别地得到。此外，在现有方法中，封装层次(同样称为烤炉层次)测量则使用来得到焦耳热数据。为了得到封装层次测量，包含一晶粒的封装必须予以切割以用于存取并且用于焦耳热测量。随后将该封装物放置于炉子中，将电流注入于在某温度的封装物内的晶粒的测试结构内，而且随后对应各电流密度，在各数据点上决定一对应的焦耳热，亦即金属结构温度的增加。因为该烤炉需要时间来加热，而且包含测试结构的晶粒必须予以切割并且聚集在封装物内，所以封装层次的测量则令人不希望地将额外的时间与经费加在得到焦耳热数据的制程。因此则需要使半导体的焦耳热特征化的一种有效方法与系统的技艺。
技术实现思路
本专利技术满足并且解决在半导体的焦耳热特征化的有效方法与系统的技艺需求。根据作为本专利技术一部份的示范具体实施例，一种在导体的焦耳热与该导体的电流密度之间建立关系的方法系藉由进行晶圆层级测量而实施。根据本示范具体实施例，进行晶圆层级的测量，以达到该导体里的电阻温度系数。该方法同样包括决定该导体的热电阻。该热电阻随后使用来在该导体的焦耳热与该导体的电流密度之间建立一种关系。如此得到的关系随后则用来决定设计规则、平均失败时间以及其它讯息，以有助于可靠半导体装置的设计。根据另一示范具体实施例，晶圆层次的测量系统系用来在导体的焦耳热与该导体的电流密度之间建立关系。除了别的以外，该晶圆层次的测量系统还包括测量装置与加热装置。该加热装置是用来将其上具有导体的晶圆加热，而该测量装置则用来决定该导体的电阻的改变，以达成该导体的电阻温度系数。该系统随后则依据电阻的温度系数而来决定该导体的热电阻，在此处该热电阻系使用来建立导体的焦耳热与电流密度之间的关系，而且如此建立的关系还用来配合其它事项而决定平均失败时间与种种设计规则。本专利技术的其它特征与优点将在那些熟谙该技艺者回顾以下详细说明与附图以后，变得更简单明了。附图说明第1图显示根据本专利技术的一个具体实施例而设计的示范晶圆层次测量系统的方块图。第2A图显示根据本专利技术的一个具体实施例而设计的示范测试结构的一上视图。第2B图显示在第2A图的示范测试结构中导体与通孔的截面图。第3图系为显示一个示范金属结构的示范TCR线的图标。第4图系为显示根据本专利技术的一个具体实施例而设计的示范焦耳热特性曲线的图式。第5图系为根据本专利技术的一个具体实施例而设计的对应示范方法步骤的流程图。具体实施例方式本专利技术针对焦耳热特征化的方法与系统。以下说明包含有关本专利技术的实施过程的特定信息。一般熟谙该技艺者将理解到，本专利技术可能以不同于本申请案中所具体讨论的方式来实施。更者，并不将本专利技术的某些特定细节予以讨论，以免混淆了本专利技术。本申请案中的图式与其所伴随的详细说明系仅仅针对本专利技术的示范具体实施例。为了简洁目的，并不将本专利技术的其它具体实施例明确地说明于本申请案中，并且不由本图式所明确地显示。第1图显示根据本专利技术一具体实施例，用来使焦耳热特征化的用来应用晶圆层次测量的示范系统的图式。已经将某些细节与特征自为一般熟谙该技艺者所明了的第1图省略。晶圆层次测量系统100包括加热装置102、晶圆104、测试结构106、测量装置108以及探头110与112。测试结构106包括导体118以及测试垫114与116。如第1图所示，晶圆104系置于加热装置102上。加热装置102设有将晶圆104加热到希望温度的构件。加热装置102可以是热板或其它适当装置，以用来如该技艺中所知地控制晶圆104的温度。在一具体实施例中，加热装置102可由测量装置108所控制。如第1图中所示，晶圆104包括测试结构106，该结构包括导体118以及放置于导体118各端点上的测试垫114与116。导体118可包含铜、铝或其它合适金属。导体118可能置于测试结构106中的任何希望金属层中，譬如金属层1(同样称为M1)、金属层2(同样称为M2)、金属层3(同样称为M3)、或者任何较高的金属层，譬如金属层8(同样称为M8)。除了测试结构106以外，晶圆104可能同样包括不在第1图中所示的其它测试结构。进一步如第1图中所示，测量装置108系分别藉由探头110与112而连接到测试垫114与116。测试装置108亦可使用探头110与112，分别借助测试垫114与116将电流注入到导体118内，并且测量导体118的电阻。现参考第2A图，其系显示在特定导体118与在第1图的示范测试结构106的扩大上视图。在第2A图中的测试结构206对应第1图的测试结构106并且包括导体218、通孔252与254、测试垫214与216、以及路径线262与264。在第2A图中的导体218以及测试垫214与216分别对应第1图中的导体118以及测试垫114与116。在本申请案所说明的方式中，示范测试结构206可使用来进行晶圆层次测量，以将焦耳热效应特征化，以用于在任何金属层上的导体，譬如导体218，而且还使用此特征化配合其它事项来决定平均失败时间(″MTF″)并且达成改善的设计规则。可将测试垫214与216连接到一测量装置，譬如第1图中的测量装置108，以允许电流输入到导体218内并且测量导体218的电阻。参考第2A图，进一步显示导体218的第一端系连接到通孔252，而且导体218的第二端系连接到通孔254。如第2A图中所示，经由通孔252与路径线262，导体218的第一端连接到测试垫214。同样地，经由通孔254与路径线264，导体218的第二端连接到测试垫216。除了别的情形外，导体218的宽度246取决于特定技术、设计规则以及里面有导体218本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在导体（１１８）的焦耳热与在该导体（１１８）的电流密度之间建立起关系的方法，该关系是用来决定该导体（１１８）的几何结构，该方法包含以下步骤：进行晶圆层次测量，以达到该导体的电阻的温度系数（５０２）；决定该导体的热电阻（５ １０）；使用该热电阻，以建立该导体的焦耳热与该导体的该电流密度之间的该关系（５１２）；使用该关系以决定该导体的该几何结构（５１４）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HW尧，AP马拉瑟，VH彭，
申请(专利权)人：先进微装置公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]