專利名稱：通過施加機(jī)械應(yīng)力到晶粒接觸以評(píng)估復(fù)雜半導(dǎo)體器件的金屬堆疊完整性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明系關(guān)于集成電路，且尤系關(guān)于包括敏感的介質(zhì)材料和用來連接芯片(chip)與封裝件的無鉛凸點(diǎn)或金屬柱的復(fù)雜金屬化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件，例如微處理器、靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(SRAM)、專用集成電路 (application specific IC ;ASIC)、芯片系統(tǒng)(system on chip ；SoC)和之類，通常是形成在適當(dāng)?shù)幕撞牧仙?，如硅和之類，其中，個(gè)別的集成電路在晶圓上數(shù)組排列，使涉及復(fù)雜的集成電路的數(shù)百個(gè)以上的個(gè)別制程步驟(除了光刻制程，計(jì)量制程和切割基底后的單個(gè)器件的封裝)的大部分的制造步驟均可在基底上的所有芯片區(qū)同時(shí)執(zhí)行。因此，經(jīng)濟(jì)制約因素驅(qū)使半導(dǎo)體制造商穩(wěn)定提高基底尺寸，從而也增加生產(chǎn)實(shí)際半導(dǎo)體器件的區(qū)域，從而增加生產(chǎn)量。除了增加基底區(qū)域，同樣重要的是優(yōu)化給定的基底尺寸的基底區(qū)域的利用率，以實(shí)際使用盡可能多的用于半導(dǎo)體器件和/或用于制程控制的測(cè)試結(jié)構(gòu)的基底區(qū)域。為了試圖為給定的基底尺寸最大化有用的表面區(qū)域，電路組件的特征尺寸不斷的縮小。由于高度復(fù)雜的半導(dǎo)體器件的特征尺寸收縮的需求量不斷增長，銅與低k介質(zhì)材料的組合，已經(jīng)成為形成包括金屬線層和中間通孔層的所謂的互連結(jié)構(gòu)時(shí)常使用的選擇，該中間通孔層包括金屬線(作為層內(nèi)連接)和通孔(作為層間連接)，該通孔通常連接個(gè)別電路組件，以提供集成電路所需的功能。通常情況下，彼此堆疊在上的多數(shù)的金屬線層和通過層，是必要實(shí)施電路設(shè)計(jì)的所有內(nèi)部電路組件和1/0(輸入/輸出)，電源和接地片之間的連接。對(duì)于極規(guī)模集成電路，信號(hào)傳播延遲不再受限于電路組件(如場(chǎng)效應(yīng)晶體管之類的)，而是由于需要更為增加電性連接數(shù)目的電路組件的密度的增加，因此受限于金屬線的接近，這是由于線到線電容增加、及源于橫截面區(qū)域減少而導(dǎo)致的線的導(dǎo)電性減少。由于這個(gè)原因，傳統(tǒng)的介質(zhì)(如二氧化硅(k > 4)和氮化硅(k > 7))被具有較低介電常數(shù)的介質(zhì)材料(因此也稱為低_k電介質(zhì))取代，低-k電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為3或更少。然而， 與認(rèn)可良好的電介質(zhì)二氧化硅和氮化硅相比，低k材料的密度和機(jī)械穩(wěn)定性或強(qiáng)度可能會(huì)顯著減少。因此，在金屬化系統(tǒng)及任何后續(xù)的集成電路制造制程的形成期間，生產(chǎn)量可能取決于這些敏感的介質(zhì)材料及其它材料附著的機(jī)械特性。除了先進(jìn)介質(zhì)材料(其具有3或遠(yuǎn)比3少的介電常數(shù))的機(jī)械穩(wěn)定性降低的問題， 由于不同材料的對(duì)應(yīng)熱膨脹的熱不匹配(thermal mismatch)造成的封裝與芯片之間的互動(dòng)，在復(fù)雜的半導(dǎo)體器件的操作期間，器件可靠性可能受到這些材料影響。例如，在復(fù)雜的集成電路的制造中，越來越多接觸技術(shù)用于連接封裝載體到芯片，這是倒晶封裝技術(shù)(f 1 ip chip packaging technique)。與;J^·線技術(shù)(wire bonding technique)才百反，其中，適當(dāng)接觸片可置于芯片的最后金屬層外圍，并可由導(dǎo)線連接到封裝的相應(yīng)終端，在倒晶封裝技術(shù)中，各自的凸點(diǎn)(bump)結(jié)構(gòu)可形成在最后金屬化層上(例如使用鋁作為終端金屬)，并結(jié)合焊接材料，其可使封裝各自的接觸片接觸。因此，在回焊(reflow)凸點(diǎn)材料以后，可靠的電性和機(jī)械連接可在最后金屬化上形成的終端金屬和封裝載體的接觸片之間建立。在這種方式下，可在最后金屬化層的整個(gè)芯片區(qū)域提供非常大數(shù)目的電性連接，并具有降低接觸電阻與寄生電容，從而提供10(輸入/輸出)性能，這是復(fù)雜的集成電路如CPU、存儲(chǔ)內(nèi)存之類的可能需要的。在將凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)連接到封裝載體的相應(yīng)制程順序的期間，一定程度的壓力和 /或熱可能施加到復(fù)合器件(composite device)，以在芯片上形成的每一凸點(diǎn)與封裝基底上提供的凸點(diǎn)或墊片之間建立可靠的連接。但是，熱或機(jī)械誘導(dǎo)應(yīng)力也可能作用在低的金屬化層上，低的金屬化層通常包括低_k電介質(zhì)、或甚至超低k(ULK)介質(zhì)材料，由于減少了機(jī)械穩(wěn)定性和其它材料附著，從而大大提高造成裂痕(crack)、剝離之類的形式的缺陷的概率。此外，在附接到對(duì)應(yīng)的封裝基底的完成的半導(dǎo)體器件的操作期間，由于在基于硅的半導(dǎo)體芯片和封裝基底的熱膨脹表現(xiàn)的顯著不匹配，可能出現(xiàn)顯著的機(jī)械應(yīng)力，因?yàn)樵趶?fù)雜的集成電路的量產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)的限制通常需要為封裝使用特定基底材料，例如有機(jī)材料，有機(jī)材料通常與硅芯片相比，可能會(huì)出現(xiàn)不同的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)。參考圖la-lb，將詳細(xì)介紹包括倒晶封裝連接用的焊接凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的典型的配置。圖Ia為半導(dǎo)體器件100的配置或布局的頂視示意圖，其中在封裝和器件100(即特定的芯片或晶粒101)之間，在焊接凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)或金屬柱結(jié)構(gòu)(復(fù)雜的情況下)的基礎(chǔ)上， 建立機(jī)械和電連接。為此，接觸組件110(在此也將統(tǒng)稱為芯片或晶粒接觸組件)的適當(dāng)分布提供在晶粒101的整個(gè)區(qū)域，其中，如前所述，幾乎晶粒101的整個(gè)區(qū)域皆可用來適當(dāng)定位接觸組件110。在這種方式下，可完成非常復(fù)雜的芯片封裝接觸結(jié)構(gòu)，其中，在單一的制造制程期間，每個(gè)接觸組件110均可連接到相應(yīng)的封裝基底的對(duì)應(yīng)接觸片或凸點(diǎn)，與對(duì)應(yīng)的焊線技術(shù)相反，其中，接合線必需以大致循序的方式連接至芯片的接合片和封裝件。圖Ib為器件100按圖Ia的線Λ的剖視示意圖。如圖所示，器件100包括晶?；蛐酒?01，這可以是在其上形成電路組件和之類的基本基底。基底101通常提供絕緣基底、半導(dǎo)體材料和之類的等形式。通常情況下，在基底101之內(nèi)和之上，根據(jù)器件100執(zhí)行的電路功能提供多數(shù)的電路組件，如晶體管、電容器、電阻器之類。為方便起見，任何此類電路組件，其中可能包括在復(fù)雜的的器件臨界尺寸50納米及更小的組件，都沒有顯示在圖 lb。如上所述，由于在半導(dǎo)體器件100中所實(shí)作的電子電路的復(fù)雜布局，復(fù)雜的金屬化系統(tǒng) 120通常要包括多個(gè)金屬化層上互相堆疊在上面。為方便起見，繪示金屬化層130和金屬化層140。例如，金屬化層130可包括介質(zhì)材料131，如低k介質(zhì)材料、ULK材料之類，其中， 嵌入金屬線和通孔132，其通常包括銅，并結(jié)合適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電障礙材料(conductive barrier material)，以提供可靠的銅約束(copper confinement)。應(yīng)該明白，系統(tǒng)120的每個(gè)金屬化層不需要均包括敏感的低K介質(zhì)材料，因?yàn)椴煌慕饘倩潭瓤赡苄枰煌男阅芴攸c(diǎn)，例如有關(guān)驅(qū)動(dòng)電流能力和信號(hào)傳輸延遲。然而，無論如何，通常情況下，多數(shù)的金屬層可包括敏感的低k介質(zhì)材料，從而降低了整體的機(jī)械穩(wěn)定性，如上所述。此外，金屬化層140 代表“最后”金屬化層，并包括任何適當(dāng)?shù)陌ń饘賲^(qū)142的介質(zhì)材料141，金屬區(qū)142可代表用來連接到接觸結(jié)構(gòu)或凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)150的接觸片，接觸結(jié)構(gòu)或凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)150可實(shí)際上代表用于連接器件100與封裝基底(未顯示)的接口。接觸或凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)150通常包括鈍化層151，鈍化層151可使金屬化系統(tǒng)120鈍化，其中，通常情況下，多數(shù)介質(zhì)材料(如二氧化硅， 氮氧化硅和氮化硅)在化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性而言是用來提供所需的特性。此外，進(jìn)一步的介質(zhì)材料(如聚酰亞胺15 是形成在鈍化材料151上。以開口 150A對(duì)齊最后金屬化層140 的至少一部分的接觸片142這樣的方式，圖案化材料151和152。誠如之前所述，在復(fù)雜的金屬化系統(tǒng)(如系統(tǒng)120)中，最好是用銅，然而，銅可能與鋁的基礎(chǔ)上形成的復(fù)雜的金屬化系統(tǒng)已經(jīng)在使用的完善的制程技術(shù)和材料不兼容。出于這個(gè)原因，經(jīng)常以鋁的形式提供進(jìn)一步的金屬材料153(也被稱為終端金屬)，以作為墊片142的敏感銅材料和接觸組件110 之間的接口。在這種方式下，例如通過提供有效的凸點(diǎn)下金屬化系統(tǒng)154(例如鉻，銅，鎢， 等等的基礎(chǔ)上)，行之有效的材料和技術(shù)可應(yīng)用于形成接觸組件110。在其它情況下，在銅金屬(包括任何適當(dāng)?shù)恼系K性材料)而不需要特定的終端金屬(如材料153)的基礎(chǔ)上，可能形成接觸結(jié)構(gòu)150。在下述制程的基礎(chǔ)上，可形成包括金屬化系統(tǒng)120的半導(dǎo)體器件100。在完成任何半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的電路組件(如晶體管及類似的)后，通過提供材料層與層堆疊，可形成一個(gè)或更多的金屬化層130、140，其中，如上所述，其可包括非常敏感的材料，然后可以在復(fù)雜的光刻技術(shù)和各向異性蝕刻制程的基礎(chǔ)上圖案化。此后，適當(dāng)?shù)恼系K性材料和銅基材料可用復(fù)雜的雙鑲嵌技術(shù)沈積，其中，在普通沈積制程可填充通孔和金屬線。此后，例如，采用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來移除任何多余的材料，其中，可在敏感的介質(zhì)材料中誘導(dǎo)一定的機(jī)械應(yīng)力，該機(jī)械應(yīng)力也可能對(duì)這些材料的機(jī)械穩(wěn)定性造成一定程度的下降。在完成金屬化層 130,140之后，可應(yīng)用更復(fù)雜的制程技術(shù)，以依據(jù)器件要求提供包括沈積和圖案化各種材料的接觸結(jié)構(gòu)150。在提供開口 150A之后，通常情況下，施以沈積光罩和可沈積并適當(dāng)?shù)奶幚磉m當(dāng)?shù)暮附硬牧?，以形成接觸組件110。在其它制程策略中，可在開口 150A提供適當(dāng)?shù)慕饘僦栽诮殡妼?52上方延長所需的高度和橫向尺寸，其中，相較于焊接凸點(diǎn)，通過使用適當(dāng)?shù)慕饘僦?，通?？赡芸梢栽黾咏佑|密度。半導(dǎo)體器件100分離成單個(gè)芯片或晶粒101之后，到適當(dāng)?shù)姆庋b基底的連接可能由機(jī)械耦合單個(gè)器件101和相應(yīng)的封裝基底和回焊接觸組件110來完成，從而獲得接觸組件110和封裝基底的相應(yīng)的接觸片之間的所需的金屬間連接，取決于整體制程，該金屬間連接可能還包括凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。最后，任何適當(dāng)?shù)奶畛洳牧峡稍谛酒?01(即接觸結(jié)構(gòu)150)和封裝基底之間提供，從而提高復(fù)合器件機(jī)械、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。如上所述，在半導(dǎo)體器件100的制造期間并在連接單個(gè)芯片101與封裝基底的制程的期間，特別是在封裝的半導(dǎo)體器件的操作期間，顯著的機(jī)械應(yīng)力可通過接觸結(jié)構(gòu) 150(即，通過接觸組件110)施于金屬化系統(tǒng)120。在先前接觸技術(shù)中，由于在復(fù)合焊接材料中的大量鉛，對(duì)接觸組件110的一定程度韌性造成了一定程度的緩沖作用。但是一旦引入所謂的無鉛焊接材料(例如，以環(huán)保法規(guī)之類的而言)，并企圖進(jìn)一步改善接觸結(jié)構(gòu)150 的熱性能和電性能(例如通過提供銅柱而不是利用凸點(diǎn)結(jié)構(gòu))，金屬化系統(tǒng)120中的機(jī)械應(yīng)力可能會(huì)顯著增加，因?yàn)橥ǔ＿@些材料(特別是柱結(jié)構(gòu))可能會(huì)比含鉛焊接材料更硬，從而將顯著提高的剪切力轉(zhuǎn)移到金屬化系統(tǒng)120，特別是到最后金屬化層140?；谶@些原因，在許多傳統(tǒng)的方法，金屬化系統(tǒng)120中機(jī)械應(yīng)力的增加可能需要降低復(fù)雜性(就提供優(yōu)越的機(jī)械穩(wěn)定性的介質(zhì)材料方面而言)，但是從而通常增加介電常數(shù)，從而降低金屬化系統(tǒng) 120整體電性能。因此，監(jiān)測(cè)復(fù)雜的低k介質(zhì)材料的機(jī)械性能是復(fù)雜的半導(dǎo)體器件的重要態(tài)樣，如此一來，傳統(tǒng)上相應(yīng)的制程控制才得以建立，其中，尤其是低k材料的特性可被監(jiān)測(cè)， 例如在沈積這些材料后通過確定數(shù)個(gè)材料特性。如上所述，低k介質(zhì)材料的材料特性只代表一個(gè)會(huì)對(duì)復(fù)雜的金屬化系統(tǒng)最終得到的機(jī)械性能造成影響的態(tài)樣。在制程歷史(即，各種復(fù)雜的制造制程)將會(huì)看到另一個(gè)因素，其也可能影響敏感材料的附著和其它特性，也可能最終導(dǎo)致復(fù)雜的金屬化系統(tǒng)的整個(gè)機(jī)械穩(wěn)定性的惡化。此外，在監(jiān)測(cè)個(gè)別低k介質(zhì)材料層的材料特性時(shí)，沒有適當(dāng)考慮復(fù)雜的金屬化系統(tǒng)的數(shù)層和材料的復(fù)雜相互作用，從而導(dǎo)致在半導(dǎo)體器件連接到封裝和運(yùn)行封裝的半導(dǎo)體器件金屬化系統(tǒng)的評(píng)估不可靠。本發(fā)明系針對(duì)可避免、或至少減少以上所指出之一個(gè)或多個(gè)問題之效果的各種方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了提供本發(fā)明之一些態(tài)樣的基本了解，以下提出本發(fā)明之簡(jiǎn)化概要。這概要不是本發(fā)明之徹底的縱覽。它不是要確定本發(fā)明之臨界或重要組件或敘述本發(fā)明之范疇。其主要目的系用簡(jiǎn)化方式提出一些概念作為稍后討論更詳盡描述的序言。一般情況下，本發(fā)明提供測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試程序，通過給個(gè)別的芯片接觸組件(例如焊接凸點(diǎn)，金屬柱及之類的)施加應(yīng)力、并確定金屬化系統(tǒng)的響應(yīng)，以評(píng)估半導(dǎo)體器件的復(fù)雜的金屬化系統(tǒng)的機(jī)械特性。金屬化系統(tǒng)的響應(yīng)可在任何適當(dāng)?shù)膮?shù)(如機(jī)械的響應(yīng)) 的基礎(chǔ)上確定，回應(yīng)任何探測(cè)外部提供的刺激，如電子顯微鏡，聲學(xué)顯微鏡，或一般機(jī)械加應(yīng)力等等期間或之后的暴露于金屬化系統(tǒng)獲得的超聲波，電子信號(hào)的材料特性的測(cè)定。因此，通過個(gè)別施加機(jī)械力到接觸組件，降解機(jī)制通常得以激發(fā)，也可以定量的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)和測(cè)量，從而致能金屬化系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)的評(píng)估，其中，敏感的低k介質(zhì)材料的材料特性、 以及制程歷史和各種材料的復(fù)雜的相互作用和金屬化層的材料系統(tǒng)可金屬化系統(tǒng)的響應(yīng)有所貢獻(xiàn)。因此，在本文所揭露的態(tài)樣中，可建立一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的臨界值，從而符合復(fù)雜的金屬化系統(tǒng)的特性。例如，一個(gè)或多個(gè)參數(shù)可與器件具體特點(diǎn)相關(guān)，如壓力測(cè)試期間封裝半導(dǎo)體器件的表現(xiàn)，一定的材料特性(如裂痕以及類似的形式的不可逆的變形)，因此，如果需要，金屬化系統(tǒng)和相應(yīng)的制造策略不僅可以評(píng)估為有效或無效，也可在更精細(xì)的解決方式下監(jiān)測(cè)。本發(fā)明揭露的一個(gè)方法包括通過在金屬化系統(tǒng)中形成、并在介質(zhì)材料的表面上延長的個(gè)別芯片接觸組件施加機(jī)械力，以在半導(dǎo)體器件的該金屬化系統(tǒng)的該介質(zhì)材料中誘導(dǎo)機(jī)械應(yīng)力。該方法復(fù)包括確定標(biāo)示介質(zhì)材料對(duì)誘導(dǎo)的機(jī)械應(yīng)力的回應(yīng)的至少一個(gè)參數(shù)值。本發(fā)明揭露的另一個(gè)方法包括通過在金屬化系統(tǒng)中形成的芯片接觸組件施加力， 以確定建立半導(dǎo)體器件的該金屬化系統(tǒng)的介質(zhì)材料的不可逆的變形所需的臨界力。該方法復(fù)包括使用臨界力，以評(píng)估金屬化系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性。本發(fā)明揭露的測(cè)量系統(tǒng)包括探測(cè)器，其配置為個(gè)別地施加力到在半導(dǎo)體器件的金屬化系統(tǒng)中形成的芯片接觸組件。該測(cè)量系統(tǒng)復(fù)包括檢測(cè)系統(tǒng)，其配置為提供標(biāo)示金屬化系統(tǒng)對(duì)芯片接觸組件施加的力的機(jī)械回應(yīng)的至少一個(gè)參數(shù)值。


本發(fā)明可參考以下結(jié)合附加圖式的說明而理解，該圖式中，同樣的組件符號(hào)表示同樣的組件，且其中圖Ia為半導(dǎo)體芯片或晶粒的頂視示意圖，其包括多數(shù)的焊接凸點(diǎn)或金屬柱形式的芯片接觸組件；圖Ib為半導(dǎo)體器件的剖視示意圖，其包括在敏感的低_k介質(zhì)材料的基礎(chǔ)上形成的金屬化系統(tǒng)和芯片接觸結(jié)構(gòu)；圖加為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的剖視示意圖，其通過監(jiān)測(cè)金屬化系統(tǒng)的至少機(jī)械的響應(yīng)，用于評(píng)估半導(dǎo)體器件的金屬化系統(tǒng)的機(jī)械的狀態(tài)；圖2b_2c為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量結(jié)果的示意圖，其顯示金屬化系統(tǒng)的機(jī)械的響應(yīng)之間的比較，以確定裂痕之類的形式的不可逆的機(jī)械變形；圖2d為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的示意圖，其中標(biāo)示機(jī)械的響應(yīng)的參數(shù)值可在電子顯微鏡的基礎(chǔ)上確定；圖加為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的示意圖，其中電參數(shù)可響應(yīng)施加到單一芯片接觸組件的機(jī)械應(yīng)力而確定；圖2f為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的示意圖，其中金屬化系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)材料特性可在聲波能供應(yīng)給器件的基礎(chǔ)上確定；圖2g為根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的示意圖，其帶有特定環(huán)境用于金屬化系統(tǒng)，例如液體之類的形式；及圖為根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的示意圖，其包括不同類型的個(gè)別地施加機(jī)械力到芯片接觸組件上。雖然本文所揭露之標(biāo)的系容許各種修改及替代形式，但其特定的實(shí)施例已通過圖式中的例子來顯示并于本文中詳細(xì)描述。然而應(yīng)該了解，本文中特定實(shí)施例的描述不是要限制本發(fā)明為所揭露之特定形式，而相反地，本發(fā)明系欲涵蓋落于本發(fā)明之精神與范疇內(nèi)所有修改物、相等物、以及替代物，其如附加的申請(qǐng)權(quán)利范圍所定義者。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明之各種例示實(shí)施例系描述如下。為求清楚，并非所有實(shí)際實(shí)施方式的特征均描述于此說明書中。當(dāng)然應(yīng)該了解，在任何此種實(shí)際實(shí)施例之發(fā)展中，必須作出許多特定實(shí)施方式之決定，以達(dá)成開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如遵從與系統(tǒng)有關(guān)及商業(yè)有關(guān)之限制條件， 其隨著實(shí)施方式的不同而不同。此外，應(yīng)該了解，此種開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時(shí)的，然而對(duì)在此技術(shù)領(lǐng)域已受益于本發(fā)明之具有通常技藝者將是例行性的工作。現(xiàn)將參考附加的圖式來描述本發(fā)明之主要標(biāo)的。各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)以及裝置均示意地繪制于圖式中僅用于解釋之目的，而不致因?qū)Υ思夹g(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者系已知的細(xì)節(jié)而模糊本發(fā)明。然而，該等附加的圖式系加入來描述及解釋本發(fā)明之例示范例。本文中所使用之文字及用辭應(yīng)被理解及詮釋為與此技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者所了解之文字及用辭一致的意義。沒有特殊定義的名詞或用辭(亦即，不同于此技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者所了解之一般及習(xí)慣的意義之定義)要由本文中一致使用的名詞或用辭來暗示。對(duì)名詞或用辭欲有特殊意義的程度而言(亦即，不是此技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者所了解的意義)，此種特殊定義將用直接且不含糊地對(duì)該名詞或用辭提供特殊定義之定義方式于說明書中清楚提出。
一般而言，本文中所揭露之標(biāo)的提供測(cè)量系統(tǒng)和技術(shù)，其中，機(jī)械力可有效地施加于個(gè)別的芯片接觸組件，以監(jiān)測(cè)金屬化系統(tǒng)對(duì)施加的機(jī)械力的響應(yīng)。如前所述，在復(fù)雜的半導(dǎo)體器件的封裝的期間和在封裝的器件的運(yùn)行的期間，特別是當(dāng)使用柱結(jié)構(gòu)或焊接凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)(與中度軟焊接材料(如含鉛焊接材料)相比，柱結(jié)構(gòu)或焊接凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)增加的硬度)，可能出現(xiàn)顯著的剪切力(shear force) 0通過適當(dāng)個(gè)別處理芯片接觸組件，明確界定的和可重復(fù)的機(jī)械應(yīng)力可施加至金屬化系統(tǒng)和特別是接觸組件的附近地區(qū)，從而(例如) 創(chuàng)造典型應(yīng)力條件，其可允許對(duì)整體金屬化系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)作定性和定量的估算。例如，通過施加所需的橫向分力(例如用來“傾斜”金屬柱或任何其它焊接凸點(diǎn))，可能在金屬化系統(tǒng)的鈍化的材料誘發(fā)壓縮和拉伸應(yīng)分力，而該壓縮和拉伸應(yīng)分力可能因此也轉(zhuǎn)移到較低的金屬化層。在這壓力條件下，裂痕可能會(huì)頻繁出現(xiàn)在介質(zhì)材料的拉伸應(yīng)力區(qū)域，從而反映符合(qualify)金屬化系統(tǒng)的狀態(tài)用的可靠的指標(biāo)。例如，在一些實(shí)施例中，接觸組件的直接機(jī)械的響應(yīng)可能因此反映評(píng)估金屬化系統(tǒng)的機(jī)械的狀態(tài)用的指針，因?yàn)樵谛酒佑|組件附近裂痕的發(fā)生可通過監(jiān)測(cè)接觸組件不同程度的變形的回應(yīng)可靠地檢測(cè)。相對(duì)于傳統(tǒng)只監(jiān)測(cè)臨界材料(如低k和ULK材料)的材料特性，金屬化系統(tǒng)的機(jī)械的響應(yīng)的評(píng)估整體可提供評(píng)估金屬化系統(tǒng)的狀態(tài)的優(yōu)越能力，這是由于金屬化系統(tǒng)的狀態(tài)可由復(fù)雜材料及其交互影響(包括形成各種材料系統(tǒng)用的復(fù)雜制程歷史)決定。在另一個(gè)實(shí)施例中，給個(gè)別的芯片接觸組件施加機(jī)械應(yīng)力的概念可結(jié)合幾種機(jī)制，以確定金屬化系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)屬性。在一些實(shí)施例中，除了、或不監(jiān)測(cè)接觸組件的直接力的響應(yīng)，也可在電子顯微鏡的基礎(chǔ)上監(jiān)測(cè)接觸組件的附近，從而獲得有關(guān)材料特性之類的其它信息。此外，施加機(jī)械應(yīng)力到接觸組件時(shí)可監(jiān)測(cè)劣化機(jī)制。在其它實(shí)施例中，在聲波能(即例如超聲波能源)的基礎(chǔ)上可探測(cè)金屬化系統(tǒng)，例如以局部的方式，考慮通過限制聲波能到接觸組件附近，或者，在其它情況下，可用全局探測(cè)，以獲取金屬化系統(tǒng)對(duì)接觸組件個(gè)別的施加應(yīng)力的全局的回應(yīng)。在其它實(shí)施例中，例如，在對(duì)接觸組件施加機(jī)械應(yīng)力之時(shí)或之后，通過監(jiān)測(cè)一個(gè)電參數(shù)(如電阻、電容之類)，可決定金屬化系統(tǒng)的電響應(yīng)。因此，金屬化系統(tǒng)可以(例如)簡(jiǎn)單的好/壞標(biāo)準(zhǔn)的形式，建立定量關(guān)聯(lián)性 (quantititative correlation)，從而致能金屬化系統(tǒng)和相應(yīng)的材料可靠的評(píng)估、和之后所使用的制造策略，或者，在其它情況下，也可建立關(guān)于對(duì)封裝半導(dǎo)體器件的壽命的整體可靠性的關(guān)聯(lián)性，從而致能封裝半導(dǎo)體器件的最終行為上的一些材料和制造制程的影響力的評(píng)估。參考圖h_2i，進(jìn)一步說明實(shí)施例，其中還參考圖la-lb，例如，關(guān)于金屬化系統(tǒng)和之類的結(jié)構(gòu)。圖加示意的說明包括金屬化系統(tǒng)220的半導(dǎo)體器件200，其可包括復(fù)雜的材料系統(tǒng)，例如，基于低k介質(zhì)材料、ULK材料和之類的，如之前討論的半導(dǎo)體器件100。因此，金屬化系統(tǒng)220通?？砂ǘ鄶?shù)金屬化層，其中，最后金屬化層可以連接到接觸結(jié)構(gòu)，該接觸結(jié)構(gòu)系配置以直接連接到載體封裝件的對(duì)應(yīng)的接觸結(jié)構(gòu)，如之前討論。因此，金屬化系統(tǒng)220 可包括介質(zhì)材料252，介質(zhì)材料252可作為最后鈍化層和之類的，如之前參考器件100所討論的。此外，可提供芯片接觸組件210代表芯片接觸結(jié)構(gòu)，其可連接到金屬化系統(tǒng)220內(nèi)形成的任何金屬區(qū)，為了方便起見，圖加沒有顯示金屬區(qū)。因此，接觸組件210可以在介質(zhì)材料252上方延長，也可機(jī)械附加至介質(zhì)材料252，使作用在接觸組件210上的相應(yīng)的機(jī)械力也可轉(zhuǎn)移到介質(zhì)材料252，因此也到金屬化系統(tǒng)220的一定程度的深度，也如之前討論。在實(shí)施例中所示，接觸組件210可以代表無鉛焊接材料組成的焊接凸點(diǎn)，而在其它情況下，可提供金屬柱(未顯示)(例如銅柱的形式)，可能包括額外材料之類，如高度復(fù)雜的芯片封裝接觸結(jié)構(gòu)經(jīng)常使用的。為了評(píng)估該金屬化系統(tǒng)220的機(jī)械性能，可提供測(cè)量系統(tǒng)四0，其可以適當(dāng)配置， 以分別施加機(jī)械應(yīng)力到單一接觸組件210，以在金屬化系統(tǒng)220中施加機(jī)械應(yīng)力。此外，測(cè)量系統(tǒng)290可以適當(dāng)配置，以便采用定量的方式偵測(cè)至少一個(gè)參數(shù)(即偵測(cè)考慮的參數(shù)之值)，從而致能系統(tǒng)220對(duì)測(cè)量系統(tǒng)四0內(nèi)施加的機(jī)械應(yīng)力的響應(yīng)的評(píng)估。在實(shí)施例中所示，測(cè)量系統(tǒng)290可包括探測(cè)器四1，其可代表適當(dāng)尺寸的機(jī)械組件，以直接接觸組件210。 為此，探測(cè)器291可有適當(dāng)?shù)募舛?，例如鉆石材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電材料之類的形式提供， 并可致能組件210的接觸，而探測(cè)器的尖端不會(huì)明顯變形。例如，可用多數(shù)的壓痕工具，可致使具有幾微米尺寸的半導(dǎo)體器件特性的機(jī)械接觸，其中，該壓痕的等級(jí)可能控制在 1微米甚至更少。提供探測(cè)器291定義良好的移動(dòng)的能力(例如，即在圖加中由Z表示的垂直方向)，可由編號(hào)四5表示，代表引發(fā)此方向的特定移動(dòng)用的任何部件，可能造成組件 210—定程度的變形或壓痕，其中，接觸組件210所需的相應(yīng)的力，可在適當(dāng)?shù)牧鞲衅髦惖幕A(chǔ)上監(jiān)測(cè)，這表示為四3。因此，探測(cè)器291可允許沿Z方向控制移動(dòng)，并在同一時(shí)間監(jiān)測(cè)需要的力，以獲得在這個(gè)方向指定的移動(dòng)。同樣，測(cè)量系統(tǒng)290可包括機(jī)制四4，機(jī)制294可適當(dāng)?shù)呐渲?，以在半?dǎo)體器件200 和探測(cè)器291之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。例如，可使用任何移動(dòng)狀態(tài)或基底支持物(其可允許至少朝圖加中X的水平方向受控制的移動(dòng))，以誘導(dǎo)數(shù)微米的相對(duì)移動(dòng)，從而在接觸組件210 而且因此在金屬化系統(tǒng)220內(nèi)誘導(dǎo)一定的機(jī)械應(yīng)力。在其它情況下，可以配置探測(cè)器四1， 使在X方向移動(dòng)，但器件200可牢固地附著在基底支持物。因此，用來建立約0 100 μ m 范圍內(nèi)的相對(duì)移動(dòng)的任何已知的機(jī)械部件和系統(tǒng)可用于組件四4。此外，配置測(cè)量系統(tǒng)290 以確定在X方向的分力，一般可在力傳感器或任何其它指標(biāo)的基礎(chǔ)上完成，該指標(biāo)系關(guān)于產(chǎn)生的力，如提供給任何制動(dòng)器(actuator)及等等之類的能源。相應(yīng)的力檢測(cè)系統(tǒng)通常表示為295。當(dāng)操作測(cè)量系統(tǒng)290時(shí)，探測(cè)器可在預(yù)定位置(即在對(duì)應(yīng)X方向的預(yù)定位置) 與接觸組件210機(jī)械接觸。為接觸組件210，預(yù)先定義的壓痕或變形(例如，通過&表示) 可能會(huì)產(chǎn)生，其可由系統(tǒng)295監(jiān)測(cè)。此后，該系統(tǒng)294可被啟動(dòng)，從而造成橫向移動(dòng)，例如， 沿著例如用ΔΧ所表示的預(yù)定距離。在相應(yīng)的橫向移動(dòng)期間，如果需要的話，293可以檢測(cè)垂直力，而295可以檢測(cè)垂直位置，從而提供有關(guān)接觸組件210的變形的數(shù)據(jù)。此外，294可監(jiān)測(cè)在X方向的當(dāng)前位置，而在同一時(shí)間，294可監(jiān)測(cè)啟動(dòng)在X方向的側(cè)向移動(dòng)所需的力。 因此，可在接觸組件210中造成一定程度的變形，也可導(dǎo)致在介質(zhì)層252中的機(jī)械應(yīng)力，從而在組件210上面臨移動(dòng)方向的一側(cè)造成壓縮應(yīng)力區(qū)252B，而拉伸應(yīng)力區(qū)252T上可在相反側(cè)產(chǎn)生，如果達(dá)到足夠高的應(yīng)力，則可導(dǎo)致裂痕252C在緊靠接觸組件210處形成。如前所述，在層252的機(jī)械壓力可取決于金屬化系統(tǒng)220整個(gè)配置，因此，例如，裂痕252C的出現(xiàn)可能因此整體反映金屬化系統(tǒng)220的機(jī)械狀態(tài)。也就是說，裂痕252C的出現(xiàn)可顯著決定于系統(tǒng)220的機(jī)械狀態(tài)，從而可在不同的金屬化系統(tǒng)220所用的不同機(jī)械條件下發(fā)生。圖2b為測(cè)量結(jié)果的示意圖，其可從確定至少側(cè)分力!^x的系統(tǒng)294獲得。如圖所示，垂直軸可說明分力(例如在幾種不同的力傳感器的基礎(chǔ)上獲得的)，而橫軸表示沿X方向的距離，表示為ΔΧ，即在系統(tǒng)294的基礎(chǔ)上獲得的相對(duì)移動(dòng)的幅度。如上所述，引發(fā)相對(duì)移動(dòng)Δ X所需的力可迅速上升至中度的高度值，并可慢慢隨增加距離ΔΧ減少。例如，在圖 2b所示的曲線可代表狀態(tài)(其可視為有效的機(jī)械狀態(tài))的金屬化系統(tǒng)220。另一方面，圖2c代表用于金屬化系統(tǒng)220的側(cè)分力的曲線，在金屬化系統(tǒng)220中， 可能發(fā)生不可逆的變形(例如裂痕252C的形式)。如上所述，側(cè)分力!^x的大幅下降，可在相對(duì)移動(dòng)Δ X的一定小范圍確定，從而清楚地表示裂痕252C的發(fā)生。因此，在多數(shù)的測(cè)量曲線的基礎(chǔ)上，可以建立適當(dāng)參考資料，以定義評(píng)估半導(dǎo)體器件的金屬化系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)的量化標(biāo)準(zhǔn)。例如，在橫向移動(dòng)的特定范圍內(nèi)可確定臨界力，可因此表示有效的金屬化系統(tǒng)。對(duì)于顯示于圖2b和2c的例子，只要相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果是高于相應(yīng)的臨界力，則相應(yīng)所需的臨界力便可在從10-20 μ m的Δ X范圍內(nèi)確定，10-20 μ m可代表有效金屬化系統(tǒng)的邊界。 但是，在有關(guān)由測(cè)量系統(tǒng)290所誘導(dǎo)的機(jī)械應(yīng)力條件的金屬化系統(tǒng)220的機(jī)械響應(yīng)的基礎(chǔ)上，可建立任何其它適當(dāng)?shù)南嚓P(guān)性和標(biāo)準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，接觸組件210可以金屬柱(如銅柱)的形式設(shè)置，相較于焊接凸點(diǎn)，金屬柱可具有較高硬度，從而在相同的測(cè)量條件下，誘導(dǎo)金屬化系統(tǒng)220中增加的機(jī)械壓力，因此，也是在此情況下，產(chǎn)生的機(jī)械狀態(tài)的評(píng)估可提供金屬化系統(tǒng)(其中，焊接凸點(diǎn)代替金屬柱)額外的界限。此外，通過提供金屬柱作為接觸組件210，可提供用來與探測(cè)器 291接觸的非常良好定義的表面，還由減少垂直力Fz所造成的變形的程度。圖2d為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)四0的示意圖，其中，除探測(cè)器和運(yùn)作探測(cè)器^ld相應(yīng)機(jī)構(gòu)(未顯示)外，可以例如探測(cè)光束(例如，可提供電子束四6、 光束探測(cè)器297和監(jiān)測(cè)器或控制組件四8)的形式實(shí)作監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。例如，組件四7、298可代表系統(tǒng)中配置為執(zhí)行電子顯微鏡的部件，在一些實(shí)施例中，當(dāng)金屬化系統(tǒng)220施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)可操作該部件。因此，通過使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)四7、四8，可從系統(tǒng)220(最好在接觸組件210 的附近)獲得對(duì)于材料降解及類似的其它數(shù)據(jù)。例如，在電子顯微鏡的基礎(chǔ)上，可可靠地檢測(cè)任何裂痕的發(fā)生，以致于，從系統(tǒng)298獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)可用于在接觸組件210施加的機(jī)械應(yīng)力和系統(tǒng)220的相應(yīng)的機(jī)械響應(yīng)之間建立適當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)性。此外，如果需要，通過系統(tǒng)220 施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，而由測(cè)量系統(tǒng)290甚至可觀察到連續(xù)材料修改，如此一來，便可建立所需精細(xì)清晰度與系統(tǒng)220的一些特性的關(guān)聯(lián)性。例如，可以檢測(cè)到接觸組件210附近的材料密度的變化，而該變化可作為關(guān)于探測(cè)器291提供的施加的機(jī)械刺激的系統(tǒng)220的機(jī)械響應(yīng)的標(biāo)示。圖加為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)四0的示意圖，其中除了、或沒有純機(jī)械標(biāo)示以外(如橫向分力Fx)，可用電參數(shù)來作為表示系統(tǒng)220的狀態(tài)的參數(shù)。在實(shí)施例中，探測(cè)器291可包括導(dǎo)電探測(cè)器尖端^lA,其與組件210接觸。此外，經(jīng)由金屬化系統(tǒng) 220內(nèi)建立的導(dǎo)電路徑221，接觸組件210可以電連接到任何類型的導(dǎo)電區(qū)域222，如接觸片、類似組件210的接觸組件等等。此外，測(cè)量系統(tǒng)290可包括電極探測(cè)器^lB,其可接觸到導(dǎo)電區(qū)域222。因此，當(dāng)機(jī)械施加應(yīng)力到接觸組件210時(shí)，系統(tǒng)220的機(jī)械響應(yīng)可最終沿路徑221導(dǎo)致接觸不良，這可由測(cè)量系統(tǒng)290檢測(cè)。例如，當(dāng)機(jī)械施加應(yīng)力到系統(tǒng)220時(shí)， 可檢測(cè)電阻的增加或完全的接觸不良。通過這種方式，也可用參數(shù)值或值范圍來作為評(píng)估金屬化系統(tǒng)220的機(jī)械狀態(tài)的臨界參數(shù)。
應(yīng)該明白可以使用其它電參數(shù)，如電容、電感之類，其中，例如，介電特性的修改可能被檢測(cè)到，其相關(guān)于系統(tǒng)220施加的機(jī)械應(yīng)力。在一些實(shí)施例中，可提供兩個(gè)獨(dú)立于探測(cè)器四1的電探測(cè)器，以確定相應(yīng)的接觸組件之間的電特性(如電阻，電容之類)，接觸組件的電反應(yīng)可能受到經(jīng)由接觸組件210施加的機(jī)械應(yīng)力的影響。例如，機(jī)械應(yīng)力可能影響兩個(gè)導(dǎo)體部分之間的間隔，因此，專門的電子探測(cè)器可檢其所導(dǎo)致的電容修正，而不需要將探測(cè)器291導(dǎo)電。圖2f為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)290的示意圖，其中，在聲波能的基礎(chǔ)上，金屬化系統(tǒng)220可以由適當(dāng)機(jī)構(gòu)探測(cè)。聲波能可應(yīng)用到接觸組件210附近的系統(tǒng)220，其可由探測(cè)器291機(jī)械地獲取。為此，該系統(tǒng)290可包括機(jī)聲波能四78用的適當(dāng)發(fā)射器/接收器，也可使用在聲學(xué)顯微鏡工具之類的。也就是說，適當(dāng)選擇的頻率的聲波能 (例如，超音波的形式)可用到系統(tǒng)220，并可由系統(tǒng)220反射，并因此由探測(cè)器檢測(cè)。 例如，可使用頻率高達(dá)數(shù)GHz的超聲波能，該超聲波能因此對(duì)系統(tǒng)220的表面的變化和在該系統(tǒng)220的一定程度的深度敏感，從而使確定該系統(tǒng)220的一個(gè)或多個(gè)特性。例如，在聲機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，例如通過提供短超聲波脈沖和分析反射的超聲波脈沖，可有效的在系統(tǒng)220 表面及其附近檢測(cè)到任何裂痕的形成。通過提供組件210附近的組件^7B，尤其，可確定在組件210附近由于系統(tǒng)220的介質(zhì)材料的機(jī)械施加應(yīng)力所造成的裂痕。例如，組件可機(jī)械耦合至探測(cè)器四1，并可因此代表其部件，從而自動(dòng)適當(dāng)將組件與金屬化系統(tǒng)220 感興趣的區(qū)域?qū)R。在其它實(shí)施例(未顯示)中，該組件可單獨(dú)掃描部分系統(tǒng)220， 從而增加用以獲得金屬化系統(tǒng)220的任何修改上的信息的感興趣區(qū)域。此外，如所述，高頻率的超聲波需要中度密介質(zhì)，以在組件和系統(tǒng)220之間傳遞聲波能。在這種情況下， 可以局部的方式，應(yīng)用適當(dāng)液體(如水)，以獲得適當(dāng)?shù)臏y(cè)量條件。在其它實(shí)施例中，該組件可經(jīng)由探測(cè)器291直接施加聲波能到接觸組件210、并因此到系統(tǒng)220。在其它情況下，該組件可直接耦合到表面220，以在超聲波脈沖的基礎(chǔ)上激發(fā)表面，而無需任何額外的中間介質(zhì)。圖2g為根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)四0的示意圖，其中，可以通過例如將探測(cè)器291和金屬化系統(tǒng)220浸入液體(如水之類)，以將系統(tǒng)290配置為建立特定的環(huán)境條件四9，而在其它情況下，可以增加溫度、壓力、濕度和類似的形式，建立其它環(huán)境條件。 例如，通過使用在環(huán)境四9中的高壓力或液體介質(zhì)，例如由半導(dǎo)體器件的超聲波探測(cè)，可實(shí)現(xiàn)金屬化系統(tǒng)220的狀態(tài)的全局的測(cè)定，從而后更全局的方式獲得信息，該信息可因而也被用來作為金屬化系統(tǒng)220和其機(jī)械狀態(tài)的響應(yīng)的標(biāo)示。圖池為根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)四0的示意圖，其中，可配置和控制探測(cè)器四1，以提供橫向分力而不需要顯著的垂直分力。例如，探測(cè)器的形狀可適于接觸組件210的形狀，以便獲得大的二維接觸區(qū)域，從而避免了接觸組件210明顯壓痕。 因此，接觸組件210所產(chǎn)生的力響應(yīng)甚至可整體更精確地對(duì)應(yīng)于金屬化系統(tǒng)220的機(jī)械響應(yīng)。圖2i示意的說明測(cè)量系統(tǒng)四0，其中，可適當(dāng)配置探測(cè)器四1，以便把握接觸組件 210，可因此允許施加任何的機(jī)械應(yīng)力，如平移力、扭矩力或其任何組合。此外，除了向下力， 也可施用向上力，從而在設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法時(shí)，提供卓越的靈活性。例如，探測(cè)器291可有類似鉗形(tweezer)的配置，例如包括多數(shù)的個(gè)別組件^1E、291F，以牢固包圍接觸組件210，從而使所需的機(jī)械刺激施加于接觸組件210。因此，本發(fā)明提供測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法，其中可通過提供機(jī)械刺激到個(gè)別的芯片接觸組件并通過確定金屬化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械刺激的機(jī)械響應(yīng)的標(biāo)示的參數(shù)的至少一個(gè)參數(shù)值， 評(píng)估復(fù)雜的金屬化系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)。因?yàn)榫哂懈呔_度和以可重復(fù)的方式可產(chǎn)生施加于金屬化系統(tǒng)的相應(yīng)機(jī)械應(yīng)力，可建立標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試程序和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，從而整體致使金屬化系統(tǒng)的有效率評(píng)估。此外，測(cè)試程序和方法可易于在進(jìn)一步的進(jìn)階制造階段(即當(dāng)封裝時(shí)) 與半導(dǎo)體器件相關(guān)，從而提供有關(guān)封裝的半導(dǎo)體器件的可靠性，壽命及之類的金屬化系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)的效應(yīng)的附加信息。例如，在封裝的半導(dǎo)體器件的操作期間誘導(dǎo)的熱應(yīng)力可與上面討論的測(cè)量方法取得的金屬化系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)相關(guān)，因此，例如，可建立關(guān)于可靠性和壽命的關(guān)聯(lián)的多數(shù)的參數(shù)。以上所揭露的特定實(shí)施例系僅供例示之用，本發(fā)明可被修改且可用不同卻等效之方式來實(shí)行，這些方式對(duì)已受益于本文之教示之此技術(shù)領(lǐng)域具有通常技藝者系顯而易見的。例如，以上所述的制程步驟可用不同順序來執(zhí)行。此外，本發(fā)明并不打算對(duì)本文所示之結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)細(xì)部作限制，除了如以下申請(qǐng)專利范圍所述者。因此，以上所揭露之特定實(shí)施例可被改變或修改是顯而易見的，且所有此種變化系被視為在本發(fā)明之范疇與精神內(nèi)。因此， 本文所尋求的保護(hù)系如以下申請(qǐng)專利范圍所述者。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括通過施加機(jī)械力在金屬化系統(tǒng)中形成、并在介質(zhì)材料的表面上方延伸的個(gè)別地芯片接觸組件，以在半導(dǎo)體器件的該金屬化系統(tǒng)的該介質(zhì)材料中誘導(dǎo)機(jī)械應(yīng)力；以及確定標(biāo)示該介質(zhì)材料對(duì)該誘導(dǎo)的機(jī)械應(yīng)力的回應(yīng)的至少一個(gè)參數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該芯片接觸組件是無鉛焊接凸點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該芯片接觸組件是金屬柱。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該金屬柱包括銅。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定標(biāo)示該介質(zhì)材料對(duì)該誘導(dǎo)的機(jī)械應(yīng)力的回應(yīng)的至少一個(gè)參數(shù)值包括監(jiān)測(cè)作用在該芯片接觸組件上的至少一個(gè)機(jī)械力的時(shí)間進(jìn)展、以及相關(guān)聯(lián)該時(shí)間進(jìn)展與該介質(zhì)材料的狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定該表面的一部分的狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，確定該表面的一部分的狀態(tài)包括尋找該部分內(nèi)的裂痕。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定標(biāo)示該介質(zhì)材料對(duì)該誘導(dǎo)的機(jī)械應(yīng)力的回應(yīng)的至少一個(gè)參數(shù)值包括施加聲波能到該金屬化系統(tǒng)、以及探測(cè)從該金屬化系統(tǒng)獲得的反射的聲波能。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定標(biāo)示該介質(zhì)材料對(duì)該誘導(dǎo)的機(jī)械應(yīng)力的回應(yīng)的至少一個(gè)參數(shù)值包括在該芯片接觸組件施加該機(jī)械力時(shí)，確定該金屬化系統(tǒng)的至少一個(gè)電特性。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，確定該金屬化系統(tǒng)的至少一個(gè)電特性包括通過電性導(dǎo)電探測(cè)器接觸該芯片接觸組件、以及建立通過該芯片接觸組件的電流。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定標(biāo)示該介質(zhì)材料對(duì)該誘導(dǎo)的機(jī)械應(yīng)力的回應(yīng)的至少一個(gè)參數(shù)值包括在誘導(dǎo)該機(jī)械應(yīng)力時(shí)，通過電子顯微鏡監(jiān)測(cè)該介質(zhì)材料的至少一部分。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過使用該至少一個(gè)參數(shù)值，評(píng)估該金屬化系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性。
13.一種方法，包括通過施加力在金屬化系統(tǒng)中形成的芯片接觸組件，以確定建立半導(dǎo)體器件的該金屬化系統(tǒng)的介質(zhì)材料的不可逆變形所需的臨界力；以及使用該臨界力，以評(píng)估該金屬化系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，施加力在該芯片接觸組件包括施加至少一個(gè)橫向分力，以誘導(dǎo)在鄰近該芯片接觸組件橫向提供的介質(zhì)材料中的拉伸和壓縮應(yīng)力。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，該力是個(gè)別地施加到該芯片接觸組件。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在該芯片接觸組件施加該力時(shí)，確定該介質(zhì)材料的至少一個(gè)材料特性。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，確定該至少一個(gè)材料特性包括將該金屬化系統(tǒng)的至少一部分暴露于電子束和聲波能的至少一個(gè)、以及檢測(cè)該金屬化系統(tǒng)的該至少一部分對(duì)該電子束和該聲波能的至少一個(gè)的回應(yīng)。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在施加該力在該芯片接觸組件之后，確定該金屬化系統(tǒng)的至少一個(gè)電特性。
19.一種測(cè)量系統(tǒng)，包括探測(cè)器，配置為個(gè)別地施加力在半導(dǎo)體器件的金屬化系統(tǒng)中形成的芯片接觸組件；以及檢測(cè)系統(tǒng)，配置為提供標(biāo)示該金屬化系統(tǒng)對(duì)該芯片接觸組件施加的該力的機(jī)械回應(yīng)的至少一個(gè)參數(shù)值。
20.如權(quán)利要求19所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)參數(shù)值是作用在該芯片接觸組件的橫向力的大小。
21.如權(quán)利要求20所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)參數(shù)值包括聲波信號(hào)值、電子顯微鏡的圖像和電子信號(hào)的至少一個(gè)。
全文摘要
通過施加機(jī)械應(yīng)力到晶粒接觸，并依據(jù)測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量程序，可評(píng)估復(fù)雜的半導(dǎo)體器件的金屬化系統(tǒng)的機(jī)械完整性，在該測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量程序中，個(gè)別的接觸組件(例如金屬柱(pillar)或焊接凸點(diǎn)(solder bump))是機(jī)械激發(fā)，而確定金屬化系統(tǒng)的響應(yīng)，例如直接測(cè)量力的形式，以定量評(píng)估金屬化系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)。在這種方式下，可以有效地評(píng)估復(fù)雜的材料系統(tǒng)和其間的相互影響。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102194723SQ20111004860
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者F·屈興邁斯特, H·蓋斯勒, M·格里伯格, M·萊爾 申請(qǐng)人:格羅方德半導(dǎo)體公司