電阻溫度系數(shù)的原理

　　隨著大規(guī)模集成電路向深次微米時代發(fā)展，制程的可控制范圍將變得更加狹窄，對集成電路可靠性的要求也不斷提高。集成電路制造商需要更多的在線、實時監(jiān)控手段來保證生產(chǎn)線上的良率與產(chǎn)品的可靠性。由于對集成電路組件容量要求愈來愈大但相對于芯片尺寸要求愈來愈小，因此，金屬互連層在產(chǎn)品的可靠性方面扮演著越來越重要的角色。芯片級的應(yīng)力遷移（Stress Migration）測試、恒溫電遷移測試（Iso- thermal Electro MigraTIon） 與封裝級測試是監(jiān)測金屬互連層可靠性的主要方法。但是他們的共同問題是需要幾百甚至上千小時的測試周期，這對于快速的在線監(jiān)測要求來說是不能接受的。電阻溫度系數(shù)（Temperature Coefficient of Resistance）作為一個反映電阻隨溫度變化的參數(shù)在金屬互連線的可靠性測試中被廣泛使用。對電阻溫度系數(shù)的內(nèi)在含義進行了詳細的闡述，指出電阻溫度系數(shù)的大小與金屬互連層的微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)，與電遷移測試的結(jié)果具有較強的相關(guān)性。電阻溫度系數(shù)可以作為一個金屬互連層可靠性監(jiān)測的早期參數(shù)，對工藝發(fā)展、產(chǎn)品驗證以及在線監(jiān)測進行早期預(yù)測。

　　電阻溫度系數(shù)

　　電阻溫度系數(shù)（temperature coefficient of resistance 簡稱TCR）表示電阻當(dāng)溫度改變1攝氏度時，電阻值的相對變化，單位為ppm/℃。有負溫度系數(shù)、正溫度系數(shù)及在某一特定溫度下電阻只會發(fā)生突變的臨界溫度系數(shù)。紫銅的電阻溫度系數(shù)為1/234.5℃。電阻溫度系數(shù)是一個與金屬的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的一個參數(shù)，在沒有任何缺陷的情況下，它具有理論上的最大值。也就是說，電阻溫度系數(shù)本身的大小在一定程度上表征了金屬工藝的性能。在新技術(shù)工藝的研發(fā)過程或在線監(jiān)測中，我們可以利用電阻溫度系數(shù)對金屬的可靠性進行早期監(jiān)測與快速評估。

　　在半導(dǎo)體中，金屬互連層（鋁或銅）的阻值在常溫附近的范圍內(nèi)與它的溫度具有線性關(guān)系，這也是半導(dǎo)體測試中金屬互連線經(jīng)常被用來作為溫度傳感器的原因。半導(dǎo)體中用電阻溫度系數(shù)來表征金屬的阻值和它的溫度之間的關(guān)系。電阻溫度系數(shù)表示單位溫度改變時，電阻值（電阻率）的相對變化。

　　電阻溫度系數(shù)并不恒定而是一個隨著溫度而變化的值。隨著溫度的增加，電阻溫度系數(shù)變小。因此，我們所說的電阻溫度系數(shù)都是針對特定的溫度的。

　　對于一個具有純粹的晶體結(jié)構(gòu)的理想金屬來說，它的電阻率來自于電子在晶格結(jié)構(gòu)中的散射，與溫度具有很強的相關(guān)性。實際的金屬由于工藝的影響，造成它的晶格結(jié)構(gòu)不再完整，例如界面、晶胞邊界、缺陷、雜質(zhì)的存在，電子在它們上面的散射形成的電阻率是一個與溫度無關(guān)的量。因此，實際的金屬電阻率是由相互獨立的兩部分組成。

　　電阻溫度系數(shù)是一個與金屬的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的一個參數(shù)，在沒有任何缺陷的情況下，它具有理論上的最大值。也就是說，電阻溫度系數(shù)本身的大小在一定程度上表征了金屬工藝的性能。在新技術(shù)工藝的研發(fā)過程或在線監(jiān)測中，我們可以利用電阻溫度系數(shù)對金屬的可靠性進行早期監(jiān)測與快速評估。

　　用電阻比計算溫度要比用電阻絕對值計算溫度更準確的原因？

　　自1927年通過國際實用溫標(biāo)至如今，國際實用溫標(biāo)都采用電阻比計算溫度，這是因為用標(biāo)準鉑電阻溫度計測量時，用電阻比計算溫度要比用電阻絕對計算溫度更準確，介紹用電阻比計算溫度要比用電阻絕對值計算溫度更準確的原因。

　　1、實驗結(jié)果證明：標(biāo)準鉑電阻溫度計在水三相點是電阻值Rtp，在防止條件下的自然變化或受熱后的變化有三種情況：①逐漸升高；②逐漸下降；③經(jīng)充分退火后，Rtp趨于穩(wěn)定。電阻比雖然也同樣有逐漸升高或下降的趨勢，但要比電阻絕對值的變化穩(wěn)定得多。

　　2、標(biāo)準鉑電阻溫度計電阻值是由測溫電橋或電位差計測定，為此至少也需要使用一個（或幾個）標(biāo)準電阻作標(biāo)準，因此在電阻值的傳遞過程中，由于檢定誤差或標(biāo)準電阻的不穩(wěn)定性，以及由于其他原因引起的誤差（其中包括系統(tǒng)誤差），會使人誤人為標(biāo)準鉑電阻溫度計時不穩(wěn)定的。如果采用電阻比計算溫度時，標(biāo)準電阻的變化對標(biāo)準鉑電阻溫度計電阻比的影響很小，甚至可以忽略。

　　3、雖然Rtp的穩(wěn)定是考察標(biāo)準鉑電阻溫度計的主要依據(jù)，但是還應(yīng)考察溫度計測量范圍內(nèi)某一固定溫度電阻比的穩(wěn)定性，還規(guī)定了溫度計的感溫元件必須滿足系列兩個條件之一：WGa≥1.11807 或 WHg≤0.844235，這樣從電阻的絕對值和相對值的變化情況來考察標(biāo)準鉑電阻溫度計的穩(wěn)定性，便會使標(biāo)準鉑電阻溫度計的考察更加全面，溫度測量更加可靠準確。用電阻比計算溫度要比用電阻絕對計算溫度更準確。