高电阻结构的原位温度检测装置、芯片和失效检测方法
高电阻结构的原位温度检测装置、芯片和失效检测方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种高电阻结构的原位温度检测装置、芯 片和失效检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着超深亚微米CMOS工艺技术的不断发展，各种失效机理开始显现出来，热载 流子注入效应（肥I，化t Carrier Injection)、与时间有关的栅介质击穿（TODB，Time D巧endent Dielectric Breakdown)效应、金属化电迁移（EM, Electro migration)效应、 欧姆接触孔链退化和PMOS阳Τ负偏置温度不稳定性（NBTI，Negative Bias Temperature Inst油ility)是超大规模集成电路中出现的主要失效机理，送些失效机理均与温度有关， 特别是电迁移效应。因此在电迁移可靠性测量中，需要准确的知道测量器件的实际温度，使 可靠性寿命的计算更加准确。
[0003] 目前都是采用如图1所示的测量结构对1C器件的电迁移可靠性进行测量，该测量 结构为典型的四端法化elvin)测量结构，其中第一节点F1为第一电流端（通电流），第二 节点F2为第二电流端（通电流）；第Η节点S1为第一测量端（电压测量），第四节点S2为 第二测量端（电压测量）。在测量时，利用加热装置对待测1C器件100'进行加热，当加热 到预定温度时，使电流通过第一电流端、1C器件100'的电路和第二电流端，同时测量第一 测量端和第二测量端之间的电压降，从而利用伏安法计算得到在某一环境温度下1C器件 100'的电阻，根据测量的电阻来侦测器件是否因为电迁移效应而使得电阻变大而失效。在 计算平均失效时间中，待测器件的温度都是直接用环境温度（即加热装置的温度）替代。
[0004] 但是，现有技术中高电阻结构化i曲resistance device,化曲-R)在1C器件中的 应用越来越广泛，因此高电阻结构的可靠性越来越需要重视，特别是电迁移效应的可靠性 问题。目前高电阻结构的电迁移测试还是采用如图1所示的四端法化elvin),寿命计算时 直接用环境温度（即加热装置的温度）来代替被测试的高电阻结构的温度。但由于高电阻 结构的焦耳发热效应要远远大于传统的金属器件，因此测试中高电阻结构本身的发热效应 不能再简单的忽略，根据Black电迁移方程： - f E λ
[0005] = ".exp ^ Kk-Tj
[000引 ts。为平均失效时间，A为常数，j为电流密度，η为电流密度指数，Ea为原子迁移激 活能，k为玻尔兹曼常数，T为高电阻结构的温度，其中T为影响平均失效时间的关键因素。 在利用上述Black电迁移方程计算平均失效时间时，如果直接用环境温度（即加热装置的 温度）来计算，由于该温度远远低于高电阻结构在测试中的实际温度，送会导致可靠性计 算的寿命远远高于实际寿命。因此需要一种装置方法，可W准确的测量高电阻结构在电迁 移可靠性测试中的实际温度。
【发明内容】
[0007] 本申请旨在提供一种高电阻结构的原位温度检测装置、芯片和失效检测方法，W 解决现有技术中不能准确测量高电阻结构温度的问题。
[0008] 为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种高电阻结构的原位温度 检测装置，该装置包括；二极管，具有正极端子和负极端子；金属导线，与二极管的负极端 子相连接。
[0009] 进一步地，上述金属导线包括；第一金属导线，与上述负极端子相连接；多条并联 的第二金属导线，各上述第二金属导线的一端与上述第一金属导线相连接；第Η金属导线， 各上述第二金属导线的另一端与上述第Η金属导线相连接。
[0010] 进一步地，相邻上述第二金属导线的间距为0. 05~0. Sum。
[0011] 进一步地，上述金属导线为一条弯折的金属导线。
[0012] 进一步地，上述一条弯折的金属导线各部分之间没有交叉。
[0013] 进一步地，上述金属导线为铜导线或铅导线。
[0014] 根据本发明的另一个方面，提供了一种芯片，该芯片包括；高电阻结构；W及上述 原位温度检测装置，该原位温度检测装置与高电阻结构相邻设置，用于检测高电阻结构的 工作温度。
[0015] 进一步地，上述原位温度检测装置的二极管的正极端子与所述高电阻结构的第一 端电性连接；所述金属导线的远离所述二极管的一端与所述高电阻结构的第二端电性连 接。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了一种高电阻结构的失效检测方法，此方法由上 述的原位温度检测装置实施，且包括：步骤S1，获取上述原位检测装置的金属导线在预定 温度T。和预定电压时的金属导线的电阻值R?和电阻温度系数TCRt。；步骤S2,将上述金 属导线设置在上述高电阻结构的上方，利用上述金属导线感应上述高电阻结构所福射的热 量；步骤S3,在上述高电阻结构的两端施加电压，检测流过上述高电阻结构的高阻电流；步 骤S4,施加与步骤S1相同的预定电压，利用电阻值R?和TCRt。获取上述金属导线的温度值 了2 ;S5,利用上述高阻电流、上述温度值T2和Black电迁移方程计算上述高电阻结构的平均 失效时间。
[0017] 进一步地，上述步骤S2中，上述金属导线悬置于上述高电阻结构的上方，或者在 上述高电阻结构的表面上设置绝缘层，上述金属导线设置在上述绝缘层上。
[0018] 进一步地，上述原位温度检测装置的二极管的正极端子与上述高电阻结构的第一 端电性连接；上述金属导线的远离上述二极管的一端与上述高电阻结构的第二端电性连 接。
[0019] 进一步地，上述步骤S1包括；步骤S11，将上述高电阻结构加热至上述预定温度 T。；步骤S12,在上述预定温度T。下，在上述原位检测装置的二极管的正极端子与上述金属 导线的第二端之间施加上述预定电压，检测流过上述金属导线的电流，根据伏安法计算得 到上述金属导线的电阻值R? ;步骤S13,重复上述步骤S11和上述步骤S12,得到预定温度 为Τι下的电阻值Rti，将上述T〇、Ti、Rt。和Rn代入上述心遇b。馨《心)·中，其中，Δ R = Rn-R?，A T = Ti-T。，R(T) = R?，计算得到上述预定温度为T。时的上述金属导线的电阻温 度系数TCRt。。
[0020] 进一步地，上述步骤S4包括；步骤S41，在上述原位检测装置的二极管的正极端 子与上述金属导线的第二端之间施加与步骤SI相同的上述预定电压，检测流过上述金属 导线的电流，根据伏安法得到上述金属导线的电阻Rt2 ;步骤S42,将Rt。、TCRt。和Rt2代入 R巧*TCR巧=Rt〇*TCRt〇中，计算得到了2温度下的TCR巧；步骤S43,将R巧、R〇、T〇和TCR巧代入公 式iCKCn"孩知證f'c呼，其中，Λ R二Rt2-R。，Δ T = T2-T。，R灯）=R巧，计算得出温度值了2。
[0021] 应用本申请的技术方案，二极管控制电流的走向，金属导线用来感应高电阻结构 福射出的热量，利用金属导线的温度与电阻之间的特定关系，即金属导线的电阻值与电阻 温度系数的乘积为常数，即可通过本申请的原位温度检测装置来检测高电阻结构的产生焦 耳热后的温度值，进而得到准确的失效检测结果。
【附图说明】
[0022] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示 意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0023] 图1示出了现有技术中四线法测量结构的结构示意图；
[0024] 图2示出了本申请一种优选实施方式所提供的高电阻结构的原位温度检测装置 的结构示意图；
[0025] 图3示出了本申请又一种优选实施方式所提供的高电阻结构的原位温度检测装 置的结构示意图；
[0026] 图4示出了本申请一种优选实施方式的利用图2所示的原位温度检测装置校准过 程和检测过程的电流流向示意图；W及
[0027] 图5示出了本申请一种优选实施方式的利用图2所示的原位温度检测装置加热过 程的电流流向示意图。
【具体实施方式】
[0028] 应该指出，W下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另 有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。
[0029] 需要注意的是，送里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在送里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0030] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解送样使用 的数据在适当情况下可W互换，W便送里描述的本申请的实施方式例如能够W除了在送里 图示或描述的郝些W外的顺序 实施。此外，术语"包括"和"具有"W及他们的任何变形，意 图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备 不必限于清楚地列出的郝些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于送些过程、 方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0031] 为了便于描述，在送里可W使用空间相对术语，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特 征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为"在其他器 件或构造上方"或"在其他器件或构造之上"的器件之后将被定位为"在其他器件或构造下 方"或"在其他器件或构造之下"。因而，示例性术语"在……上方"可W包括"在……上方" 和"在……下方"两种方位。该器件也可W其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方 位），并且对送里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0032] 正如【背景技术】所介绍的，现有技术在检测1C器件及其高电阻结构进行失效分析 时，一般W其所处的环境温度作为其失效判断的依据，但是高电阻结构在检测过程中产生 大量的焦耳热，使得高电阻结构的温度远高于环境温度，因此，W环境温度做出对高电阻结 构的失效判断的误差较大，为了解决如上问题，本申请提出了一种高电阻结构的原位温度 检测装置。
[0033] 现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，送些示例性 实施方式可W由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于送里所阐述的实施方 式。应当理解的是，提供送些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将送些示 例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层 和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
[0034] 在本申请一种优选的实施方式中，提供了一种高电阻结构的原位温度检测装置， 如图2或图3所示，该原位温度检测装置包括二极管1和金属导线2,二极管1具有正极端 子11和负极端子12 ;金属导线2与二极管1的负极端子12相连接。
[0035] 具有上述结构的原位温度检测装置，二极管1控制电流的走向，金属导线2用来感 应高电阻结构100福射出的热量，利用金属导线2的温度与电阻之间的特定关系，即金属导 线2的电阻值与电阻温度系数的乘积为常数，即可通过本申请的原位温度检测装置来检测 高电阻结构的产生焦耳热后的温度值，进而得到准确的失效检测结果。
[0036] 本申请的金属导线2主要是为了感应高电阻结构100福射出的焦耳热，因此其结 构并没有特别的限定，本申请为了取得更好的感应效果，如图2所示，优选上述金属导线2 包括一个第一金属导线21、多个第二金属导线22和一个第Η金属导线23,第一金属导线21 与负极端子12相连接；各第二金属导线22的一端与第一金属导线21相连接；各第二金属 导线22的另一端与第Η金属导线23相连接。在上述金属导线2的结构中，多个第二金属 导线22并联，使得金属导线2能够感应到较小的温度变化，因此能够更加灵敏，准确地测量 的电阻的变化，进而可W更加精确地测定高电阻结构100的温度。
[0037] 此外，如图3所示，本申请的金属导线2还可W为弯折的金属导线2,送样更有利于 金属导线2各部分的连接、与二极管1的连接，使得本申请的原位温度检测装置能更加方便 的进行测定。
[0038] 在选择弯折的金属导线作为本申请的原位温度检测装置的金属导线时，为了避免 弯折的金属导线在通电流时本身产生的焦耳热过多地影响检测效果，优选上述一条弯折的 金属导线各部分之间没有交叉。
[0039] 本申请的金属导线2可W选用本领域常规的技术导线，优选铜导线或铅导线。
[0040] 在本申请又一种优选的实施方式中，提供了一种芯片，该芯片包括高电阻结构100 和上述原位温度检测装置，该原位温度检测装置在高电阻结构100的上方设置，用于检测 高电阻结构100的工作温度。
[0041] 具有上述结构的芯片，包括高电阻结构100和原位温度检测装置，能够对芯片结 构中的高电阻结构100的温度进行准确检测，进而解决了难W检测现有芯片中的高电阻结 构100温度的问题，进一步可W根据高电阻结构100的温度准确地计算电迁移效应中平均 失效时间。
[0042] 当将原位温度检测装置设置在芯片中时，为了更加方便地进行高电阻结构100的 温度检测，上述原位温度检测装置的二极管1的正极端子11与上述高电阻结构100的第一 端电性连接；上述金属导线2的远离上述二极管1的一端与上述高电阻结构100的第二端 电性连接。
[0043] 在本申请又一种优选的实施方式中，提供了高电阻结构的失效检测方法，此方法 由上述的原位温度检测装置实施，且包括；步骤S1，获取上述原位检测装置的金属导线2在 预定温度T。和预定电压时的金属导线2的电阻值R?和电阻温度系数TCR? ;步骤S2,将上 述金属导线2设置在上述高电阻结构100的上方，利用上述金属导线2感应上述高电阻结 构100所福射的热量；步骤S3,在上述高电阻结构100的两端施加电压，检测流过上述高电 阻结构100的高阻电流；步骤S4,施加与步骤S1相同的预定电压，利用电阻值Rt。和TCR? 获取上述金属导线2的温度值T2 ;S5,利用上述高阻电流、上述温度值T2和Black电迁移方 程计算所述高电阻结构100的平均失效时间。
[0044] 上述失效检测方法，二极管1控制电流的走向，利用本申请的原位温度检测装置 的金属导线2感应高电阻结构100福射出的热量，利用金属导线2的温度与电阻之间的 特定关系，即电阻值R?与电阻温度系数TCR?的乘积值为常数C，因此，利用该特定关系和 本申请的原位温度检测装置，即可检测高电阻结构的产生焦耳热后的温度值T2,进而利用 Black电迁移方程得到准确的失效检测结果。
[0045] 为了使本领域技术人员更好地理解上述失效检测方法，W下将结合附图对上述失 效检测方法进行说明。
[004引首先，执行步骤S1，W如图2所示的结构为例，如图4所示，其中箭头所指方向为电 流流向，获取上述原位检测装置的金属导线2在预定温度T。和预定电压下的电阻值R?和 电阻温度系数TCRt。，从而可W计算出电阻值R?与电阻温度系数TCR?的常数乘积值C。本 申请的原位温度检测装置可W与本申请的高电阻结构100连接设置也可W单独设置，单独 设置时，漏电流的检测、对温度的感应W及通过高电阻结构100的电流检测相互不受影响， 使得上述原位温度检测装置能够灵活应用；当两者连接时，可参考图4,其中二极管1的正 极端子11与上述高电阻结构100的第一端电性连接；上述金属导线2的远离上述二极管1 的一端与上述高电阻结构100的第二端电性连接。由此可W将原位温度检测装置与高电阻 结构100共同制作在1C工艺器件中。而且由于二极管1具有单向导电性，因此在第一节点 F1施加电压，第二节点F2接地时，电流沿第一正极端子12经金属导线2流向第二节点F2， 保证了所检测到的电流即为金属导线2的电流，进而保证了最终能够获得金属导线2的电 阻值R?、电阻温度系数TCRt。。
[0047] 为了精确计算出预定温度为T。时的金属导线2的电阻和电阻温度系数，优选上述 步骤S1包括；步骤S11，将高电阻结构100加热至预定温度T。；步骤S12,在上述预定温度 Τ。下，在原位检测装置的二极管1的正极端子11与金属导线2的第二端之间施加所述预定 电压，即使第二节点F2接地并在第一节点F1施加该预定电压，即可使电流沿第一正极端子 12经金属导线2流向第二节点F2,进而能够检测得到流过金属导线2的电流，根据伏安法 计算得到上述金属导线2的电阻值R? ;步骤S13,重复步骤S11和上述步骤S12,得到预定 温度为Τι下的电阻值Rn，将T〇、Ti、Rt。和Rn代入上述心曲;'( '繁中，其中，Δ R = Rn-R?，A T = VT。，R(T) = R?，计算得到预定温度为T。时的金属导线2的电阻温度系数 TCRto。
[0048] 然后，执行步骤S2,将上述金属导线2设置在上述高电阻结构100的上方，如图2 所示，利用上述金属导线2感应所述高电阻结构100所福射的热量，金属导线2在感应到高 电阻结构100所福射的热量后温度会发生变化，该变化就能直接反应高电阻结构100的温 度变化，即测得的金属导线2的温度值等于高电阻结构100的温度值。
[0049] 上述金属导线2与高电阻结构100的位置关系可W采用如下的设置方式；将金属 导线2悬置于高电阻结构100的上方，或者在高电阻结构100的表面上设置绝缘层，金属导 线2设置在绝缘层上。上述两种设置方式均能够避免金属导线2对高电阻结构100的本身 的电性能的影响。
[0050] 执行步骤S3,利用图5所示结构，在高电阻结构100的第一端接地，第二端施加电 压，即在第二节点F2施加正向电压，使第一节点F1接地，检测通过高电阻结构100的电流。 本申请的二极管1具有单向导电性，因此电流只能通过高电阻结构100,而不会流向金属导 线2,进而比较容易检测到通过高电阻结构100的高阻电流。
[0051] 执行步骤S4,同样利用图4所示的结构，施加与步骤S1相同的预定电压，即在第二 节点F2施加正向电压，第一节点F1接地，检测金属导线2的电流，根据伏安法的计算、上述 步骤S1得到的电阻值Rt。和电阻温度系数TCRt。获取金属导线2的温度值T2。
[0052] 为了更精确地得到金属导线2的温度了2,优选上述步骤S4包括；步骤S41，在上述 原位检测装置的二极管1的正极端子11与所述金属导线2的第二端之间施加步骤S1相同 的预定电压，即在第二节点F2施加正向电压，使第一节点F1接地，检测流过上述金属导线 2的电流，根据伏安法计算得到上述金属导线2的电阻町2 ;步骤S42,将R。和步骤S1得出 的Rt。、TCRt。代入公式Rt2*TCRt2 = C，其中C = R?*TCRt。，计算得到T2温度下的TCRt2 ;步骤 S43,将得出的Rt2、R。、T。和TCRt2代入公式~滅取< 鏡f心9'中，其中，Δ R = Rt2-R。，Δ T =T2-Te，R(T) = Rt2,计算得出上述金属导线2的温度值T2,进而得出高电阻结构的温度值。
[0053] 在完成上述各步骤的检测后，利用上述高阻电流、温度值T2和Black电迁移方程 计算高电阻结构100的平均失效时间。其中的Black电迁移方程即为【背景技术】所提及的方 程：
[0054]
[0055] 本领域技术人员公知的是，本申请检测到的通过高电阻结构100的电流除W高电 阻结构100的截面积即可得到上述方程中的电流密度；当高电阻结构100的材料确定后， 电流密度指数和原子迁移激活能均为常数，本领域技术人员通过常规已知方法检测即可， 在此不再赏述；因此，将本申请检测到的电流（或电流密度）、电流密度指数、原子迁移激活 能、高电阻结构100的温度代入上述方程即可计算得到平均失效时间。
[0056] 具有上述结构的原位温度检测结构的二极管1控制电流的走向，金属导线2用来 感应高电阻结构100福射出的热量；由于事先已经获取了任一预定温度时所述金属导线2 的电阻值町。、电阻温度系数TCRt。并且由此得到上述金属导线2的电阻值R?与电阻温度系 数TCRt。的常数乘积值C，因此通过检测在某一电压下通过金属导线2的电流大小，再根据 伏安法计算出得到金属导线2的电阻值Rt2,可W计算得出金属导线2在该电压下的电阻温 度系数TCRt2,进而根据金属导线2的电阻温度系数计算公式得出金属导线2在该电压下的 温度值T2,由此得出高电阻结构100在通电流后的温度值，进而解决了现有技术中难W准确 测定高电阻结构100温度的问题。将上述检测得到的温度、电流代入Black电迁移方程能 够得到准确的平均失效时间。
[0057] 从W上的描述中，可W看出，本申请上述的实施方式实现了如下技术效果：
[0058] 1)、本申请原位温度检测装置的二极管控制电流的走向，金属导线用来感应高电 阻结构福射出的热量，利用金属导线的温度与电阻之间的特定关系，即金属导线的电阻值 与电阻温度系数的乘积为常数，即可通过本申请的原位温度检测装置来检测高电阻结构的 产生焦耳热后的温度值，进而解决了现有技术中难W准确测定高电阻结构温度的问题。
[0059] 2)、本申请原位温度检测结构和失效检测方法都较为简单，有利于推广应用。
[0060] W上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技 术人员来说，本申请可W有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高电阻结构的原位温度检测装置，其特征在于，包括： 二极管（1)，具有正极端子（11)和负极端子（12); 金属导线（2)，与所述二极管（1)的负极端子（12)相连接。2. 根据权利要求1所述的原位温度检测装置，其特征在于，所述金属导线（2)包括： 第一金属导线（21)，与所述负极端子（12)相连接； 多条并联的第二金属导线（22)，各所述第二金属导线（22)的一端与所述第一金属导 线（21)相连接； 第三金属导线（23)，各所述第二金属导线（22)的另一端与所述第三金属导线（23)相 连接。3. 根据权利要求2所述的原位温度检测装置，其特征在于，相邻所述第二金属导线 (22)的间距为0. 05~0. 5 μ m。4. 根据权利要求1所述的原位温度检测装置，其特征在于，所述金属导线（2)为一条弯 折的金属导线。5. 根据权利要求4所述的原位温度检测装置，其特征在于，所述一条弯折的金属导线 各部分之间没有交叉。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的原位温度检测装置，其特征在于，所述金属导线 (2)为铜导线或铝导线。7. -种芯片，其特征在于，包括： 高电阻结构（100);以及 权利要求1至6中任一项所述的原位温度检测装置，在所述高电阻结构（100)的上方 设置，用于检测所述高电阻结构（100)的工作温度。8. 根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述原位温度检测装置的二极管（1)的正 极端子（11)与所述高电阻结构（100)的第一端电性连接；所述金属导线⑵的远离所述二 极管（1)的一端与所述高电阻结构（100)的第二端电性连接。9. 一种高电阻结构的失效检测方法，其特征在于，所述失效检测方法采用权利要求1 至6中任一项所述的原位温度检测装置实施，且包括： 步骤S1，在预定温度T。和预定电压下，获取所述原位检测装置的金属导线（2)在所述 预定温度T。时的电阻值RT。和电阻温度系数TCRtq ; 步骤S2,将所述金属导线（2)设置在所述高电阻结构（100)的上方，利用所述金属导线 (2)感应所述高电阻结构（100)所辐射的热量； 步骤S3,在所述高电阻结构（100)的两端施加电压，检测通过所述高电阻结构（100)的 高阻电流； 步骤S4,施加与步骤Sl相同的所述预定电压，利用电阻值RT。和TCRt。获取所述金属导 线⑵的温度值T2 ; 步骤S5,利用所述高阻电流、所述温度值T2和Black电迁移方程计算所述高电阻结构 (100)的平均失效时间。10. 根据权利要求9所述的失效检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述金属导线 (2)悬置于所述高电阻结构（100)的上方，或者在所述高电阻结构（100)的表面上设置绝缘 层，所述金属导线（2)设置在所述绝缘层上。11. 根据权利要求9所述的失效检测方法，其特征在于，所述原位温度检测装置的二极 管（1)的正极端子（11)与所述高电阻结构（100)的第一端电性连接；所述金属导线（2)的 远离所述二极管（1)的一端与所述高电阻结构（100)的第二端电性连接。12. 根据权利要求9至11中任一项所述的失效检测方法，其特征在于，所述步骤Sl包 括： 步骤S11，将所述高电阻结构（100)加热至所述预定温度T。； 步骤S12,在所述预定温度T。下，在所述原位检测装置的二极管（1)的正极端子（11) 与所述金属导线（2)的第二端之间施加所述预定电压，检测流过所述金属导线（2)的电流， 根据伏安法计算得到所述金属导线（2)的电阻值R T。； 步骤S13,重复所述步骤Sll和所述步骤S12,得到预定温度为T1下的电阻值Rn，将所 述HRt。和Rn代入所述中，其中，= R?，计算得到所述预定温度为T。时的所述金属导线（2)的电阻温度系数TCRT。。13. 根据权利要求9至11中任一项所述的失效检测方法，其特征在于，所述步骤S4包 括： 步骤S41，在所述原位检测装置的二极管（1)的正极端子（11)与所述金属导线（2)的 第二端之间施加与步骤Sl相同的所述预定电压，检测流过所述金属导线（2)的电流，根据 伏安法得到所述金属导线（2)的电阻R t2 ; 步骤S42,将Rtq、TCRt。和Rt2代入RT2*TCR T2 = Rtq*TCRt。中，计算得到T2温度下的TCRt2 ; 步骤 S43,将 RT2、RQ、T。和 TCRt2 代入公式其中，Λ R = RT2-R。，Λ T =T2-T。，R(T) = Rt2，计算得出温度值Τ2。
【专利摘要】本申请提供了一种高电阻结构的原位温度检测装置、芯片和失效检测方法。该高电阻结构的原位温度检测装置包括：二极管，具有正极端子和负极端子；金属导线，与二极管的负极端子相连接。二极管控制电流的走向，金属导线用来感应高电阻结构辐射出的热量，利用金属导线的温度与电阻之间的特定关系，即金属导线的电阻值与电阻温度系数的乘积为常数，即可通过本申请的原位温度检测装置来检测高电阻结构的产生焦耳热后的温度值，进而得到准确的失效检测结果。
【IPC分类】H01L21/66
【公开号】CN105489519
【申请号】CN201410478920
【发明人】冯军宏, 甘正浩
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月18日
【技术领域】
[0001] 本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种高电阻结构的原位温度检测装置、芯 片和失效检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着超深亚微米CMOS工艺技术的不断发展，各种失效机理开始显现出来，热载 流子注入效应（肥I，化t Carrier Injection)、与时间有关的栅介质击穿（TODB，Time D巧endent Dielectric Breakdown)效应、金属化电迁移（EM, Electro migration)效应、 欧姆接触孔链退化和PMOS阳Τ负偏置温度不稳定性（NBTI，Negative Bias Temperature Inst油ility)是超大规模集成电路中出现的主要失效机理，送些失效机理均与温度有关， 特别是电迁移效应。因此在电迁移可靠性测量中，需要准确的知道测量器件的实际温度，使 可靠性寿命的计算更加准确。
[0003] 目前都是采用如图1所示的测量结构对1C器件的电迁移可靠性进行测量，该测量 结构为典型的四端法化elvin)测量结构，其中第一节点F1为第一电流端（通电流），第二 节点F2为第二电流端（通电流）；第Η节点S1为第一测量端（电压测量），第四节点S2为 第二测量端（电压测量）。在测量时，利用加热装置对待测1C器件100'进行加热，当加热 到预定温度时，使电流通过第一电流端、1C器件100'的电路和第二电流端，同时测量第一 测量端和第二测量端之间的电压降，从而利用伏安法计算得到在某一环境温度下1C器件 100'的电阻，根据测量的电阻来侦测器件是否因为电迁移效应而使得电阻变大而失效。在 计算平均失效时间中，待测器件的温度都是直接用环境温度（即加热装置的温度）替代。
[0004] 但是，现有技术中高电阻结构化i曲resistance device,化曲-R)在1C器件中的 应用越来越广泛，因此高电阻结构的可靠性越来越需要重视，特别是电迁移效应的可靠性 问题。目前高电阻结构的电迁移测试还是采用如图1所示的四端法化elvin),寿命计算时 直接用环境温度（即加热装置的温度）来代替被测试的高电阻结构的温度。但由于高电阻 结构的焦耳发热效应要远远大于传统的金属器件，因此测试中高电阻结构本身的发热效应 不能再简单的忽略，根据Black电迁移方程： - f E λ
[0005] = ".exp ^ Kk-Tj
[000引 ts。为平均失效时间，A为常数，j为电流密度，η为电流密度指数，Ea为原子迁移激 活能，k为玻尔兹曼常数，T为高电阻结构的温度，其中T为影响平均失效时间的关键因素。 在利用上述Black电迁移方程计算平均失效时间时，如果直接用环境温度（即加热装置的 温度）来计算，由于该温度远远低于高电阻结构在测试中的实际温度，送会导致可靠性计 算的寿命远远高于实际寿命。因此需要一种装置方法，可W准确的测量高电阻结构在电迁 移可靠性测试中的实际温度。
【发明内容】
[0007] 本申请旨在提供一种高电阻结构的原位温度检测装置、芯片和失效检测方法，W 解决现有技术中不能准确测量高电阻结构温度的问题。
[0008] 为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种高电阻结构的原位温度 检测装置，该装置包括；二极管，具有正极端子和负极端子；金属导线，与二极管的负极端 子相连接。
[0009] 进一步地，上述金属导线包括；第一金属导线，与上述负极端子相连接；多条并联 的第二金属导线，各上述第二金属导线的一端与上述第一金属导线相连接；第Η金属导线， 各上述第二金属导线的另一端与上述第Η金属导线相连接。
[0010] 进一步地，相邻上述第二金属导线的间距为0. 05~0. Sum。
[0011] 进一步地，上述金属导线为一条弯折的金属导线。
[0012] 进一步地，上述一条弯折的金属导线各部分之间没有交叉。
[0013] 进一步地，上述金属导线为铜导线或铅导线。
[0014] 根据本发明的另一个方面，提供了一种芯片，该芯片包括；高电阻结构；W及上述 原位温度检测装置，该原位温度检测装置与高电阻结构相邻设置，用于检测高电阻结构的 工作温度。
[0015] 进一步地，上述原位温度检测装置的二极管的正极端子与所述高电阻结构的第一 端电性连接；所述金属导线的远离所述二极管的一端与所述高电阻结构的第二端电性连 接。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了一种高电阻结构的失效检测方法，此方法由上 述的原位温度检测装置实施，且包括：步骤S1，获取上述原位检测装置的金属导线在预定 温度T。和预定电压时的金属导线的电阻值R?和电阻温度系数TCRt。；步骤S2,将上述金 属导线设置在上述高电阻结构的上方，利用上述金属导线感应上述高电阻结构所福射的热 量；步骤S3,在上述高电阻结构的两端施加电压，检测流过上述高电阻结构的高阻电流；步 骤S4,施加与步骤S1相同的预定电压，利用电阻值R?和TCRt。获取上述金属导线的温度值 了2 ;S5,利用上述高阻电流、上述温度值T2和Black电迁移方程计算上述高电阻结构的平均 失效时间。
[0017] 进一步地，上述步骤S2中，上述金属导线悬置于上述高电阻结构的上方，或者在 上述高电阻结构的表面上设置绝缘层，上述金属导线设置在上述绝缘层上。
[0018] 进一步地，上述原位温度检测装置的二极管的正极端子与上述高电阻结构的第一 端电性连接；上述金属导线的远离上述二极管的一端与上述高电阻结构的第二端电性连 接。
[0019] 进一步地，上述步骤S1包括；步骤S11，将上述高电阻结构加热至上述预定温度 T。；步骤S12,在上述预定温度T。下，在上述原位检测装置的二极管的正极端子与上述金属 导线的第二端之间施加上述预定电压，检测流过上述金属导线的电流，根据伏安法计算得 到上述金属导线的电阻值R? ;步骤S13,重复上述步骤S11和上述步骤S12,得到预定温度 为Τι下的电阻值Rti，将上述T〇、Ti、Rt。和Rn代入上述心遇b。馨《心)·中，其中，Δ R = Rn-R?，A T = Ti-T。，R(T) = R?，计算得到上述预定温度为T。时的上述金属导线的电阻温 度系数TCRt。。
[0020] 进一步地，上述步骤S4包括；步骤S41，在上述原位检测装置的二极管的正极端 子与上述金属导线的第二端之间施加与步骤SI相同的上述预定电压，检测流过上述金属 导线的电流，根据伏安法得到上述金属导线的电阻Rt2 ;步骤S42,将Rt。、TCRt。和Rt2代入 R巧*TCR巧=Rt〇*TCRt〇中，计算得到了2温度下的TCR巧；步骤S43,将R巧、R〇、T〇和TCR巧代入公 式iCKCn"孩知證f'c呼，其中，Λ R二Rt2-R。，Δ T = T2-T。，R灯）=R巧，计算得出温度值了2。
[0021] 应用本申请的技术方案，二极管控制电流的走向，金属导线用来感应高电阻结构 福射出的热量，利用金属导线的温度与电阻之间的特定关系，即金属导线的电阻值与电阻 温度系数的乘积为常数，即可通过本申请的原位温度检测装置来检测高电阻结构的产生焦 耳热后的温度值，进而得到准确的失效检测结果。
【附图说明】
[0022] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示 意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0023] 图1示出了现有技术中四线法测量结构的结构示意图；
[0024] 图2示出了本申请一种优选实施方式所提供的高电阻结构的原位温度检测装置 的结构示意图；
[0025] 图3示出了本申请又一种优选实施方式所提供的高电阻结构的原位温度检测装 置的结构示意图；
[0026] 图4示出了本申请一种优选实施方式的利用图2所示的原位温度检测装置校准过 程和检测过程的电流流向示意图；W及
[0027] 图5示出了本申请一种优选实施方式的利用图2所示的原位温度检测装置加热过 程的电流流向示意图。
【具体实施方式】
[0028] 应该指出，W下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另 有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。
[0029] 需要注意的是，送里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在送里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0030] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解送样使用 的数据在适当情况下可W互换，W便送里描述的本申请的实施方式例如能够W除了在送里 图示或描述的郝些W外的顺序 实施。此外，术语"包括"和"具有"W及他们的任何变形，意 图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备 不必限于清楚地列出的郝些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于送些过程、 方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0031] 为了便于描述，在送里可W使用空间相对术语，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特 征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为"在其他器 件或构造上方"或"在其他器件或构造之上"的器件之后将被定位为"在其他器件或构造下 方"或"在其他器件或构造之下"。因而，示例性术语"在……上方"可W包括"在……上方" 和"在……下方"两种方位。该器件也可W其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方 位），并且对送里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0032] 正如【背景技术】所介绍的，现有技术在检测1C器件及其高电阻结构进行失效分析 时，一般W其所处的环境温度作为其失效判断的依据，但是高电阻结构在检测过程中产生 大量的焦耳热，使得高电阻结构的温度远高于环境温度，因此，W环境温度做出对高电阻结 构的失效判断的误差较大，为了解决如上问题，本申请提出了一种高电阻结构的原位温度 检测装置。
[0033] 现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，送些示例性 实施方式可W由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于送里所阐述的实施方 式。应当理解的是，提供送些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将送些示 例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层 和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
[0034] 在本申请一种优选的实施方式中，提供了一种高电阻结构的原位温度检测装置， 如图2或图3所示，该原位温度检测装置包括二极管1和金属导线2,二极管1具有正极端 子11和负极端子12 ;金属导线2与二极管1的负极端子12相连接。
[0035] 具有上述结构的原位温度检测装置，二极管1控制电流的走向，金属导线2用来感 应高电阻结构100福射出的热量，利用金属导线2的温度与电阻之间的特定关系，即金属导 线2的电阻值与电阻温度系数的乘积为常数，即可通过本申请的原位温度检测装置来检测 高电阻结构的产生焦耳热后的温度值，进而得到准确的失效检测结果。
[0036] 本申请的金属导线2主要是为了感应高电阻结构100福射出的焦耳热，因此其结 构并没有特别的限定，本申请为了取得更好的感应效果，如图2所示，优选上述金属导线2 包括一个第一金属导线21、多个第二金属导线22和一个第Η金属导线23,第一金属导线21 与负极端子12相连接；各第二金属导线22的一端与第一金属导线21相连接；各第二金属 导线22的另一端与第Η金属导线23相连接。在上述金属导线2的结构中，多个第二金属 导线22并联，使得金属导线2能够感应到较小的温度变化，因此能够更加灵敏，准确地测量 的电阻的变化，进而可W更加精确地测定高电阻结构100的温度。
[0037] 此外，如图3所示，本申请的金属导线2还可W为弯折的金属导线2,送样更有利于 金属导线2各部分的连接、与二极管1的连接，使得本申请的原位温度检测装置能更加方便 的进行测定。
[0038] 在选择弯折的金属导线作为本申请的原位温度检测装置的金属导线时，为了避免 弯折的金属导线在通电流时本身产生的焦耳热过多地影响检测效果，优选上述一条弯折的 金属导线各部分之间没有交叉。
[0039] 本申请的金属导线2可W选用本领域常规的技术导线，优选铜导线或铅导线。
[0040] 在本申请又一种优选的实施方式中，提供了一种芯片，该芯片包括高电阻结构100 和上述原位温度检测装置，该原位温度检测装置在高电阻结构100的上方设置，用于检测 高电阻结构100的工作温度。
[0041] 具有上述结构的芯片，包括高电阻结构100和原位温度检测装置，能够对芯片结 构中的高电阻结构100的温度进行准确检测，进而解决了难W检测现有芯片中的高电阻结 构100温度的问题，进一步可W根据高电阻结构100的温度准确地计算电迁移效应中平均 失效时间。
[0042] 当将原位温度检测装置设置在芯片中时，为了更加方便地进行高电阻结构100的 温度检测，上述原位温度检测装置的二极管1的正极端子11与上述高电阻结构100的第一 端电性连接；上述金属导线2的远离上述二极管1的一端与上述高电阻结构100的第二端 电性连接。
[0043] 在本申请又一种优选的实施方式中，提供了高电阻结构的失效检测方法，此方法 由上述的原位温度检测装置实施，且包括；步骤S1，获取上述原位检测装置的金属导线2在 预定温度T。和预定电压时的金属导线2的电阻值R?和电阻温度系数TCR? ;步骤S2,将上 述金属导线2设置在上述高电阻结构100的上方，利用上述金属导线2感应上述高电阻结 构100所福射的热量；步骤S3,在上述高电阻结构100的两端施加电压，检测流过上述高电 阻结构100的高阻电流；步骤S4,施加与步骤S1相同的预定电压，利用电阻值Rt。和TCR? 获取上述金属导线2的温度值T2 ;S5,利用上述高阻电流、上述温度值T2和Black电迁移方 程计算所述高电阻结构100的平均失效时间。
[0044] 上述失效检测方法，二极管1控制电流的走向，利用本申请的原位温度检测装置 的金属导线2感应高电阻结构100福射出的热量，利用金属导线2的温度与电阻之间的 特定关系，即电阻值R?与电阻温度系数TCR?的乘积值为常数C，因此，利用该特定关系和 本申请的原位温度检测装置，即可检测高电阻结构的产生焦耳热后的温度值T2,进而利用 Black电迁移方程得到准确的失效检测结果。
[0045] 为了使本领域技术人员更好地理解上述失效检测方法，W下将结合附图对上述失 效检测方法进行说明。
[004引首先，执行步骤S1，W如图2所示的结构为例，如图4所示，其中箭头所指方向为电 流流向，获取上述原位检测装置的金属导线2在预定温度T。和预定电压下的电阻值R?和 电阻温度系数TCRt。，从而可W计算出电阻值R?与电阻温度系数TCR?的常数乘积值C。本 申请的原位温度检测装置可W与本申请的高电阻结构100连接设置也可W单独设置，单独 设置时，漏电流的检测、对温度的感应W及通过高电阻结构100的电流检测相互不受影响， 使得上述原位温度检测装置能够灵活应用；当两者连接时，可参考图4,其中二极管1的正 极端子11与上述高电阻结构100的第一端电性连接；上述金属导线2的远离上述二极管1 的一端与上述高电阻结构100的第二端电性连接。由此可W将原位温度检测装置与高电阻 结构100共同制作在1C工艺器件中。而且由于二极管1具有单向导电性，因此在第一节点 F1施加电压，第二节点F2接地时，电流沿第一正极端子12经金属导线2流向第二节点F2， 保证了所检测到的电流即为金属导线2的电流，进而保证了最终能够获得金属导线2的电 阻值R?、电阻温度系数TCRt。。
[0047] 为了精确计算出预定温度为T。时的金属导线2的电阻和电阻温度系数，优选上述 步骤S1包括；步骤S11，将高电阻结构100加热至预定温度T。；步骤S12,在上述预定温度 Τ。下，在原位检测装置的二极管1的正极端子11与金属导线2的第二端之间施加所述预定 电压，即使第二节点F2接地并在第一节点F1施加该预定电压，即可使电流沿第一正极端子 12经金属导线2流向第二节点F2,进而能够检测得到流过金属导线2的电流，根据伏安法 计算得到上述金属导线2的电阻值R? ;步骤S13,重复步骤S11和上述步骤S12,得到预定 温度为Τι下的电阻值Rn，将T〇、Ti、Rt。和Rn代入上述心曲;'( '繁中，其中，Δ R = Rn-R?，A T = VT。，R(T) = R?，计算得到预定温度为T。时的金属导线2的电阻温度系数 TCRto。
[0048] 然后，执行步骤S2,将上述金属导线2设置在上述高电阻结构100的上方，如图2 所示，利用上述金属导线2感应所述高电阻结构100所福射的热量，金属导线2在感应到高 电阻结构100所福射的热量后温度会发生变化，该变化就能直接反应高电阻结构100的温 度变化，即测得的金属导线2的温度值等于高电阻结构100的温度值。
[0049] 上述金属导线2与高电阻结构100的位置关系可W采用如下的设置方式；将金属 导线2悬置于高电阻结构100的上方，或者在高电阻结构100的表面上设置绝缘层，金属导 线2设置在绝缘层上。上述两种设置方式均能够避免金属导线2对高电阻结构100的本身 的电性能的影响。
[0050] 执行步骤S3,利用图5所示结构，在高电阻结构100的第一端接地，第二端施加电 压，即在第二节点F2施加正向电压，使第一节点F1接地，检测通过高电阻结构100的电流。 本申请的二极管1具有单向导电性，因此电流只能通过高电阻结构100,而不会流向金属导 线2,进而比较容易检测到通过高电阻结构100的高阻电流。
[0051] 执行步骤S4,同样利用图4所示的结构，施加与步骤S1相同的预定电压，即在第二 节点F2施加正向电压，第一节点F1接地，检测金属导线2的电流，根据伏安法的计算、上述 步骤S1得到的电阻值Rt。和电阻温度系数TCRt。获取金属导线2的温度值T2。
[0052] 为了更精确地得到金属导线2的温度了2,优选上述步骤S4包括；步骤S41，在上述 原位检测装置的二极管1的正极端子11与所述金属导线2的第二端之间施加步骤S1相同 的预定电压，即在第二节点F2施加正向电压，使第一节点F1接地，检测流过上述金属导线 2的电流，根据伏安法计算得到上述金属导线2的电阻町2 ;步骤S42,将R。和步骤S1得出 的Rt。、TCRt。代入公式Rt2*TCRt2 = C，其中C = R?*TCRt。，计算得到T2温度下的TCRt2 ;步骤 S43,将得出的Rt2、R。、T。和TCRt2代入公式~滅取< 鏡f心9'中，其中，Δ R = Rt2-R。，Δ T =T2-Te，R(T) = Rt2,计算得出上述金属导线2的温度值T2,进而得出高电阻结构的温度值。
[0053] 在完成上述各步骤的检测后，利用上述高阻电流、温度值T2和Black电迁移方程 计算高电阻结构100的平均失效时间。其中的Black电迁移方程即为【背景技术】所提及的方 程：
[0054]
[0055] 本领域技术人员公知的是，本申请检测到的通过高电阻结构100的电流除W高电 阻结构100的截面积即可得到上述方程中的电流密度；当高电阻结构100的材料确定后， 电流密度指数和原子迁移激活能均为常数，本领域技术人员通过常规已知方法检测即可， 在此不再赏述；因此，将本申请检测到的电流（或电流密度）、电流密度指数、原子迁移激活 能、高电阻结构100的温度代入上述方程即可计算得到平均失效时间。
[0056] 具有上述结构的原位温度检测结构的二极管1控制电流的走向，金属导线2用来 感应高电阻结构100福射出的热量；由于事先已经获取了任一预定温度时所述金属导线2 的电阻值町。、电阻温度系数TCRt。并且由此得到上述金属导线2的电阻值R?与电阻温度系 数TCRt。的常数乘积值C，因此通过检测在某一电压下通过金属导线2的电流大小，再根据 伏安法计算出得到金属导线2的电阻值Rt2,可W计算得出金属导线2在该电压下的电阻温 度系数TCRt2,进而根据金属导线2的电阻温度系数计算公式得出金属导线2在该电压下的 温度值T2,由此得出高电阻结构100在通电流后的温度值，进而解决了现有技术中难W准确 测定高电阻结构100温度的问题。将上述检测得到的温度、电流代入Black电迁移方程能 够得到准确的平均失效时间。
[0057] 从W上的描述中，可W看出，本申请上述的实施方式实现了如下技术效果：
[0058] 1)、本申请原位温度检测装置的二极管控制电流的走向，金属导线用来感应高电 阻结构福射出的热量，利用金属导线的温度与电阻之间的特定关系，即金属导线的电阻值 与电阻温度系数的乘积为常数，即可通过本申请的原位温度检测装置来检测高电阻结构的 产生焦耳热后的温度值，进而解决了现有技术中难W准确测定高电阻结构温度的问题。
[0059] 2)、本申请原位温度检测结构和失效检测方法都较为简单，有利于推广应用。
[0060] W上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技 术人员来说，本申请可W有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高电阻结构的原位温度检测装置，其特征在于，包括： 二极管（1)，具有正极端子（11)和负极端子（12); 金属导线（2)，与所述二极管（1)的负极端子（12)相连接。2. 根据权利要求1所述的原位温度检测装置，其特征在于，所述金属导线（2)包括： 第一金属导线（21)，与所述负极端子（12)相连接； 多条并联的第二金属导线（22)，各所述第二金属导线（22)的一端与所述第一金属导 线（21)相连接； 第三金属导线（23)，各所述第二金属导线（22)的另一端与所述第三金属导线（23)相 连接。3. 根据权利要求2所述的原位温度检测装置，其特征在于，相邻所述第二金属导线 (22)的间距为0. 05~0. 5 μ m。4. 根据权利要求1所述的原位温度检测装置，其特征在于，所述金属导线（2)为一条弯 折的金属导线。5. 根据权利要求4所述的原位温度检测装置，其特征在于，所述一条弯折的金属导线 各部分之间没有交叉。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的原位温度检测装置，其特征在于，所述金属导线 (2)为铜导线或铝导线。7. -种芯片，其特征在于，包括： 高电阻结构（100);以及 权利要求1至6中任一项所述的原位温度检测装置，在所述高电阻结构（100)的上方 设置，用于检测所述高电阻结构（100)的工作温度。8. 根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述原位温度检测装置的二极管（1)的正 极端子（11)与所述高电阻结构（100)的第一端电性连接；所述金属导线⑵的远离所述二 极管（1)的一端与所述高电阻结构（100)的第二端电性连接。9. 一种高电阻结构的失效检测方法，其特征在于，所述失效检测方法采用权利要求1 至6中任一项所述的原位温度检测装置实施，且包括： 步骤S1，在预定温度T。和预定电压下，获取所述原位检测装置的金属导线（2)在所述 预定温度T。时的电阻值RT。和电阻温度系数TCRtq ; 步骤S2,将所述金属导线（2)设置在所述高电阻结构（100)的上方，利用所述金属导线 (2)感应所述高电阻结构（100)所辐射的热量； 步骤S3,在所述高电阻结构（100)的两端施加电压，检测通过所述高电阻结构（100)的 高阻电流； 步骤S4,施加与步骤Sl相同的所述预定电压，利用电阻值RT。和TCRt。获取所述金属导 线⑵的温度值T2 ; 步骤S5,利用所述高阻电流、所述温度值T2和Black电迁移方程计算所述高电阻结构 (100)的平均失效时间。10. 根据权利要求9所述的失效检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述金属导线 (2)悬置于所述高电阻结构（100)的上方，或者在所述高电阻结构（100)的表面上设置绝缘 层，所述金属导线（2)设置在所述绝缘层上。11. 根据权利要求9所述的失效检测方法，其特征在于，所述原位温度检测装置的二极 管（1)的正极端子（11)与所述高电阻结构（100)的第一端电性连接；所述金属导线（2)的 远离所述二极管（1)的一端与所述高电阻结构（100)的第二端电性连接。12. 根据权利要求9至11中任一项所述的失效检测方法，其特征在于，所述步骤Sl包 括： 步骤S11，将所述高电阻结构（100)加热至所述预定温度T。； 步骤S12,在所述预定温度T。下，在所述原位检测装置的二极管（1)的正极端子（11) 与所述金属导线（2)的第二端之间施加所述预定电压，检测流过所述金属导线（2)的电流， 根据伏安法计算得到所述金属导线（2)的电阻值R T。； 步骤S13,重复所述步骤Sll和所述步骤S12,得到预定温度为T1下的电阻值Rn，将所 述HRt。和Rn代入所述中，其中，= R?，计算得到所述预定温度为T。时的所述金属导线（2)的电阻温度系数TCRT。。13. 根据权利要求9至11中任一项所述的失效检测方法，其特征在于，所述步骤S4包 括： 步骤S41，在所述原位检测装置的二极管（1)的正极端子（11)与所述金属导线（2)的 第二端之间施加与步骤Sl相同的所述预定电压，检测流过所述金属导线（2)的电流，根据 伏安法得到所述金属导线（2)的电阻R t2 ; 步骤S42,将Rtq、TCRt。和Rt2代入RT2*TCR T2 = Rtq*TCRt。中，计算得到T2温度下的TCRt2 ; 步骤 S43,将 RT2、RQ、T。和 TCRt2 代入公式其中，Λ R = RT2-R。，Λ T =T2-T。，R(T) = Rt2，计算得出温度值Τ2。
【专利摘要】本申请提供了一种高电阻结构的原位温度检测装置、芯片和失效检测方法。该高电阻结构的原位温度检测装置包括：二极管，具有正极端子和负极端子；金属导线，与二极管的负极端子相连接。二极管控制电流的走向，金属导线用来感应高电阻结构辐射出的热量，利用金属导线的温度与电阻之间的特定关系，即金属导线的电阻值与电阻温度系数的乘积为常数，即可通过本申请的原位温度检测装置来检测高电阻结构的产生焦耳热后的温度值，进而得到准确的失效检测结果。
【IPC分类】H01L21/66
【公开号】CN105489519
【申请号】CN201410478920
【发明人】冯军宏, 甘正浩
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月18日
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