根據(jù)上節(jié)電阻溫度系數(shù)的定義與它的內(nèi)在物理含義,隨著電阻溫度系數(shù)的增加,金屬應(yīng)該具有更好的電遷移性能和應(yīng)力遷移性能。為驗(yàn)證此種結(jié)論,我們對(duì)一個(gè)銅工藝技術(shù)的研發(fā)過(guò)程中不同階段的電遷移測(cè)試的歷史數(shù)據(jù)(失效時(shí)間與電阻溫度系數(shù))進(jìn)行了總結(jié),電遷移失效時(shí)間和電阻溫度系數(shù)是在相同的測(cè)試結(jié)構(gòu)以及測(cè)試條件下得到的,不同的只是制造工藝。電阻溫度系數(shù)與失效時(shí)間具有正相關(guān)性,大的電阻溫度系數(shù)具有比較長(zhǎng)的失效時(shí)間。電阻溫度系數(shù)變化10%時(shí),失效時(shí)間變化了一個(gè)數(shù)量級(jí),可見(jiàn)電阻溫度系數(shù)是一個(gè)可以反映金屬性能的非常敏感的參數(shù),能夠?qū)饘倏煽啃赃M(jìn)行早期評(píng)估。
在兩組工藝的電阻溫度系數(shù)相差較小時(shí),電遷移失效時(shí)間也比較接近,但并不完全服從正相關(guān)性。這說(shuō)明在電阻溫度系數(shù)沒(méi)有明顯差異時(shí)(<1%),我們不能僅僅根據(jù)電阻溫度系數(shù)的大小來(lái)判斷工藝的好壞,結(jié)論會(huì)受到電阻溫度系數(shù)本身的測(cè)量精度及電遷移測(cè)試精度的影響。
為了研究電阻溫度系數(shù)測(cè)量精度對(duì)可靠性測(cè)試的影響,我們安排了兩組芯片級(jí)恒溫電遷移測(cè)試在同一片晶圓上,一組樣品使用實(shí)際測(cè)量的電阻溫度系數(shù)(0.002921/K),一組使用原先的電阻溫度系數(shù)(0.002970/K)。原有的比較大的電阻溫度系數(shù)具有比較短的失效時(shí)間。從數(shù)據(jù)上看,結(jié)果似乎與先前的正相關(guān)性相反,為了解釋這個(gè)矛盾,我們需要研究電阻溫度系數(shù)在恒溫電遷移測(cè)試中的作用。恒溫電遷移測(cè)試是通過(guò)電流的焦耳熱對(duì)金屬進(jìn)行加熱并保持在一個(gè)恒定的溫度上,溫度是根據(jù)電阻與溫度的關(guān)系計(jì)算的。 實(shí)際測(cè)試中,測(cè)試程序會(huì)根據(jù)給定的條件利用公式計(jì)算出測(cè)試溫度下的電阻,并在測(cè)試中當(dāng)測(cè)試結(jié)構(gòu)的阻值到達(dá)此目標(biāo)阻值時(shí)認(rèn)為溫度到達(dá)測(cè)試溫度。如果給定的電阻溫度系數(shù)大于實(shí)際值,計(jì)算出來(lái)的目標(biāo)阻值將會(huì)大于實(shí)際的阻值,這意味著實(shí)際的測(cè)試溫度高于設(shè)定的溫度。 因此,給定的比較大的電阻溫度系數(shù)將會(huì)得到比較短的失效時(shí)間。電阻溫度系數(shù)的誤差將引起相同比例的測(cè)試溫度的誤差,例如對(duì)于一個(gè)300 度的測(cè)試來(lái)說(shuō),1%的電阻溫度系數(shù)的誤差將引起3 度的測(cè)試誤差和更大的失效時(shí)間的誤差。這從另一方面說(shuō)明了電阻溫度系數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)測(cè)試結(jié)果以及金屬性能判定的重要性。需要指出的是,電阻與溫度的線性關(guān)系只是在一定的溫度范圍內(nèi)(0 - 180℃)保持恒定,電阻溫度系數(shù)的測(cè)量需要在此溫度范圍內(nèi)完成。