專利名稱：導(dǎo)孔鏈接構(gòu)與測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)孔鏈的測(cè)試，特別是涉及一種通過提高導(dǎo)孔鏈的環(huán)境溫度來迅速和有效地測(cè)試導(dǎo)孔鏈的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在芯片的(die)封裝體中，導(dǎo)孔鏈(via chain)是常見的結(jié)構(gòu),用來垂直地連接金屬層。當(dāng)導(dǎo)孔鏈置于應(yīng)力下時(shí)，會(huì)發(fā)生電致遷移(Electromigration)的現(xiàn)象,動(dòng)量借此從電子風(fēng)(electron wind)遷移到金屬晶格中的離子中，而這些離子隨后又會(huì)送進(jìn)了鄰近的材料中。這種不斷遷移的過程，最終將導(dǎo)致在導(dǎo)孔下方聚集成空洞，從而造成結(jié)構(gòu)的毀壞。因此，每一個(gè)導(dǎo)孔鏈都具有與其相關(guān)的特定壽命。由于現(xiàn)代半導(dǎo)體裝置都密密麻麻的建構(gòu)有互連結(jié)構(gòu)，導(dǎo)孔鏈的故障于是成為一個(gè)嚴(yán)重的設(shè)計(jì)問題。為了要預(yù)測(cè)何時(shí)會(huì)發(fā)生故障，會(huì)采用布萊克方程(Black’s equation)。布萊克方程如下式(I)所示。平均故障時(shí)間(MeanTime To Failure, MTTF)=Αω j-ne (Q/KT) (I)其中A=常數(shù)J=電流密度η=模型參數(shù)Q=活化能K=波爾茲曼常數(shù)T=絕對(duì)溫度ω =金屬導(dǎo)線寬度由上述公式所表明，電致遷移的測(cè)量是非常依賴溫度的。因此，一種決定壽命和電致遷移的測(cè)量的方法是，將導(dǎo)孔鏈至于熱和電流的應(yīng)力之下。焦耳加熱(Joule heating)現(xiàn)象是因?yàn)殡娏魍ㄟ^導(dǎo)孔鏈中而產(chǎn)生的。然而，高焦耳熱因?yàn)閷⑵渌c芯片故障無關(guān)的機(jī)制引入系統(tǒng)中，使得數(shù)據(jù)的測(cè)量變復(fù)雜，而且如果可以的話，制造商傾向消除此等方式。但是，如果只使用熱能加熱，晶圓層級(jí)可達(dá)到的最高溫度是受限于晶圓載盤(wafer chuck)的，典型的情況是高溫閾值在150°C。在封裝層級(jí)中，晶?？梢栽诳緺t中加熱，但是在這個(gè)過程中再次受限于約200°C的最高溫度。高于此溫度的話，封裝結(jié)構(gòu)中的金和鋁就會(huì)形成金屬間化合物。因此本領(lǐng)域的目標(biāo)，即在于找到一種導(dǎo)孔鏈的測(cè)試方法，可以將導(dǎo)孔鏈置于高溫氛圍的應(yīng)力下，同時(shí)又限制所使用焦耳加熱的量。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，發(fā)明的目的在于提供一個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的電致遷移導(dǎo)孔鏈的手段，而能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中所遭遇的缺點(diǎn)，同時(shí)在測(cè)試時(shí)又節(jié)省時(shí)間。
導(dǎo)孔鏈測(cè)試結(jié)構(gòu)例示性的實(shí)施例包括基板、位于基板上的絕緣層、位于絕緣層上的第一導(dǎo)孔鏈、位于第一導(dǎo)孔鏈兩側(cè)的絕緣層上的第二導(dǎo)孔鏈，其處于第一導(dǎo)孔鏈的熱效周圍(thermal proximity)附近、位于基板下方的第一熱源,用來提供第一導(dǎo)孔鏈熱能、以及用來加熱第二導(dǎo)孔鏈的電流源，使得第二導(dǎo)孔鏈作為第一導(dǎo)孔鏈的第二熱源。根據(jù)例示性的實(shí)施例的測(cè)試方法包括提供具有位于其上的絕緣層的基板、在絕緣層上安置第一導(dǎo)孔鏈、在絕緣層上、第一導(dǎo)孔鏈的兩側(cè)安置第二導(dǎo)孔鏈，而處于第一導(dǎo)孔鏈的熱效周圍附近、使用第一熱源以提供第一導(dǎo)孔鏈熱能、使用電流源以提供第二導(dǎo)孔鏈焦耳熱，于是第二導(dǎo)孔鏈作為第二熱源。除了第一熱源和第二熱源之外， 又還提供了位于第一導(dǎo)孔鏈下方，并被絕緣層所隔離的第一金屬互連層，其中第一熱源，第二熱源和第三熱源具有加成性。此外，還可以進(jìn)一步使用電流來直接加熱第一導(dǎo)孔鏈。


圖I所示為本發(fā)明的例示性實(shí)施例。其中，附圖標(biāo)記說明如下10 基板20金屬加熱器30絕緣層50受測(cè)導(dǎo)孔鏈60導(dǎo)孔鏈加熱器
具體實(shí)施例方式如前述的詳細(xì)說明，在電致遷移的領(lǐng)域中寧愿不使用高焦耳加熱來加熱受到測(cè)試的導(dǎo)孔鏈。然而，只使用熱能來加熱所能達(dá)到的溫度是有限的。為了克服這個(gè)問題，本案提出了位于第一導(dǎo)孔鏈下方、并被一絕緣層所隔離的第一金屬互連層，以及表面積是第一導(dǎo)孔鏈兩倍的第二導(dǎo)孔鏈。第一金屬互連層主要是當(dāng)作第一導(dǎo)孔鏈的加熱器。第二導(dǎo)孔鏈主要是當(dāng)作第一導(dǎo)孔鏈的加熱器。為了清晰表示的緣故，第一金屬互連層之后會(huì)表示為金屬加熱器、第一導(dǎo)孔鏈(亦即受測(cè)的導(dǎo)孔鏈)之后會(huì)表示為受測(cè)導(dǎo)孔鏈、而第二導(dǎo)孔鏈之后會(huì)表示為導(dǎo)孔鏈加熱器。請(qǐng)參考圖I,其所示為本發(fā)明的一個(gè)例示性實(shí)施例100。如圖I所示,金屬加熱器20位在基板10上，還包括提供熱能給受測(cè)導(dǎo)孔鏈50的晶圓載盤(未示于圖中)。如前所述，載盤溫度受限于上限閾值150°C的限制。受測(cè)導(dǎo)孔鏈位于絕緣層30上，直接位于金屬加熱器20的上方。導(dǎo)孔鏈加熱器60也位于絕緣層30上，并位在受測(cè)導(dǎo)孔鏈50的兩側(cè)又圍繞受測(cè)導(dǎo)孔鏈50。在此同時(shí)，第一熱源(晶圓載盤)提供加熱熱量給受測(cè)導(dǎo)孔鏈50，電流將通過金屬加熱器20，而導(dǎo)孔鏈加熱器60則產(chǎn)生焦耳加熱效應(yīng)。焦耳加熱會(huì)加熱金屬加熱器與導(dǎo)孔鏈加熱器60到遠(yuǎn)超過僅使用熱能加熱所可以達(dá)到的溫度。由于受測(cè)導(dǎo)孔鏈50位在接近金屬加熱器20與導(dǎo)孔鏈加熱器60的熱效周圍附近，因?yàn)閮蓚€(gè)導(dǎo)孔鏈與第一金屬互連層之間的熱傳導(dǎo)，通過焦耳加熱在金屬加熱器20與導(dǎo)孔鏈加熱器60中所誘導(dǎo)出來的溫度，也會(huì)加熱受測(cè)導(dǎo)孔鏈50。如此一來，受測(cè)導(dǎo)孔鏈50的環(huán)境溫度就會(huì)增加。如前所述，焦耳加熱會(huì)造成影響用于決定壽命的數(shù)據(jù)的測(cè)量機(jī)制，然而，金屬加熱器20與導(dǎo)孔鏈加熱器60僅是被用來作為受測(cè)導(dǎo)孔鏈50的加熱器，自己本身并沒有接受測(cè)試，此等機(jī)制即可忽視。受到焦耳加熱而被影響的機(jī)制，只會(huì)發(fā)生在金屬加熱器20與導(dǎo)孔鏈加熱器60中，同時(shí)受測(cè)導(dǎo)孔鏈50只經(jīng)歷金屬加熱器20與導(dǎo)孔鏈加熱器60所提供的熱效應(yīng)。此等熱效應(yīng)將與晶圓載盤直接提供給受測(cè)導(dǎo)孔鏈50的熱效應(yīng)加乘，借此使得受測(cè)導(dǎo)孔鏈50會(huì)受到比起傳統(tǒng)方法還要更高溫度的應(yīng)力，同時(shí)又避免大量的焦耳加熱被直接施 加到受測(cè)導(dǎo)孔鏈50上。請(qǐng)?jiān)俅螀⒖紙D1，其為測(cè)試結(jié)構(gòu)100、基板10、金屬加熱器20、和絕緣層30的一個(gè)橫截面視圖。如圖I所示，第一層金屬互連、Ml金屬加熱器20位在基板10上，而絕緣層30位于金屬加熱器20與受測(cè)導(dǎo)孔鏈50之間而作為電性絕緣之用。受測(cè)導(dǎo)孔鏈50連接M2到另一個(gè)金屬層M3。導(dǎo)孔鏈加熱器60也將M2連接到M3，并圍繞受測(cè)導(dǎo)孔鏈50，使得導(dǎo)孔鏈加熱器60與受測(cè)導(dǎo)孔鏈50 —起位于熱效周圍的附近。 由于加熱的目的，是在于加熱受測(cè)導(dǎo)孔鏈50直到故障發(fā)生，金屬加熱器20與導(dǎo)孔鏈加熱器60會(huì)需要被驅(qū)使到自身亦會(huì)發(fā)生故障的高溫。為了防止這種故障，通過在受測(cè)導(dǎo)孔鏈50中使用一個(gè)小規(guī)模的焦耳加熱,金屬加熱器20與導(dǎo)孔鏈加熱器60會(huì)維持在相對(duì)于受測(cè)導(dǎo)孔鏈50來說還要稍低一點(diǎn)的溫度，借此確保金屬加熱器20與導(dǎo)孔鏈加熱器60在整個(gè)測(cè)試過程中都會(huì)正常的工作無虞。因此，提供了受測(cè)導(dǎo)孔鏈50三個(gè)主要的熱量來源直接來自載盤的熱量、來自金屬加熱器20的熱量、和來自導(dǎo)孔鏈加熱器60的熱量。如前所述，還可以直接在受測(cè)導(dǎo)孔鏈50中施加一個(gè)小規(guī)模的焦耳加熱，雖然可施加的量受限于電流密度因素的考慮。這些熱量來源都是可以加乘的，使得受測(cè)導(dǎo)孔鏈50的最高溫度幾乎可以達(dá)到400°C。最初，是以載盤加熱受測(cè)導(dǎo)孔鏈50。在理想的情況下，會(huì)將其靜置一段時(shí)間使得受測(cè)導(dǎo)孔鏈50達(dá)到最高溫度。然后，電流通過金屬加熱器20與導(dǎo)孔鏈加熱器60，而導(dǎo)致溫度迅速上升。請(qǐng)注意，在一些實(shí)施例中，Ml可以不作為熱源之用。此外，在測(cè)試過程期間還可以將少量的焦耳熱直接施加在受測(cè)導(dǎo)孔鏈50。此外，受測(cè)導(dǎo)孔鏈50與導(dǎo)孔鏈加熱器60最好是長(zhǎng)排的導(dǎo)孔鏈，這會(huì)使得沿著導(dǎo)孔鏈的熱模式(pattern)更加均勻。導(dǎo)孔鏈加熱器60最好也具有高阻抗，以維持沿著導(dǎo)孔鏈的熱模式，因?yàn)樵诿總€(gè)端點(diǎn)溫度下降的速度會(huì)比較慢。本發(fā)明還適用其它能協(xié)助達(dá)成這種溫度平均分布的導(dǎo)孔鏈接構(gòu)，例如，在每個(gè)端點(diǎn)比在中間有更多導(dǎo)孔的導(dǎo)孔鏈接構(gòu)。綜上所述，本發(fā)明提供了一個(gè)第一導(dǎo)孔鏈在進(jìn)行電致遷移測(cè)試時(shí)，不受限于載盤的溫度或封裝層級(jí)器件的熔融溫度的結(jié)構(gòu)和相關(guān)的方法，也避免了通常與焦耳加熱相關(guān)的不利影響。經(jīng)由利用焦耳加熱直接加熱圍繞第一導(dǎo)孔鏈的第二導(dǎo)孔鏈，以及位于第一導(dǎo)孔鏈下的金屬加熱器的加乘效果，第一導(dǎo)孔鏈可以被加熱到會(huì)超過現(xiàn)有技術(shù)所不能及的溫度。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)孔鏈測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含 一基板； 位于所述基板上的一絕緣層； 位于所述絕緣層上的一第一導(dǎo)孔鏈； 一第二導(dǎo)孔鏈，位于所述第一導(dǎo)孔鏈兩側(cè)的所述絕緣層上，并位于所述第一導(dǎo)孔鏈的熱效周圍； 一第一熱源，位于所述基板下方，以提供所述第一導(dǎo)孔鏈熱能；以及 一電流源，以加熱所述第二導(dǎo)孔鏈，使得所述第二導(dǎo)孔鏈作為所述第一導(dǎo)孔鏈的一第二熱源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)孔鏈測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，更包含 位于所述基板上并被所述絕緣層與所述第一導(dǎo)孔鏈所隔離的一第一金屬互連層，其中所述電流源加熱所述第一金屬互連層，使得所述第一金屬互連層作為所述第一導(dǎo)孔鏈的一第二熱源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)孔鏈測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一熱源、所述第二熱源和所述第三熱源具有加成性。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)孔鏈測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一熱源為晶圓載盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)孔鏈測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二導(dǎo)孔鏈的表面積是所述第一導(dǎo)孔鏈的兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)孔鏈測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電流源也用來直接加熱所述第一導(dǎo)孔鏈。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)孔鏈測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二導(dǎo)孔鏈與所述第一導(dǎo)孔鏈兩者均由長(zhǎng)排的導(dǎo)孔所形成，而且所述第二導(dǎo)孔鏈具有高阻抗。
8.—種測(cè)試第一導(dǎo)孔鏈接構(gòu)的方法，其特征在于，包含 提供一基板，而具有位于其上的一絕緣層； 在所述絕緣層上安置一第一導(dǎo)孔鏈； 在所述絕緣層上、所述第一導(dǎo)孔鏈的兩側(cè)安置一第二導(dǎo)孔鏈，并位于所述第一導(dǎo)孔鏈的熱效周圍； 使用一第一熱源，以提供所述第一導(dǎo)孔鏈熱能；以及 使用一電流源，以提供所述第二導(dǎo)孔鏈焦耳熱，使得所述第二導(dǎo)孔鏈作為一第二熱源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)試第一導(dǎo)孔鏈接構(gòu)的方法，其特征在于，更包括 提供位于所述第一導(dǎo)孔鏈下方且因?yàn)樗鼋^緣層而與所述第一導(dǎo)孔鏈隔離的一第一金屬互連層；以及 使用所述電流源，以提供所述第一金屬互連層焦耳熱，使得所述第一金屬互連層作為所述第一導(dǎo)孔鏈的一第三熱源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)試第一導(dǎo)孔鏈接構(gòu)的方法，其特征在于，所述第一熱源、所述第二熱源和所述第三熱源具有加成性。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)試第一導(dǎo)孔鏈接構(gòu)的方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)孔鏈的表面積是所述第一導(dǎo)孔鏈的兩倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)試第一導(dǎo)孔鏈接構(gòu)的方法，其特征在于，更包括進(jìn)一步利用所述電流來直接加熱所述第一導(dǎo)孔鏈。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)試第一導(dǎo)孔鏈接構(gòu)的方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)孔鏈與所述第一導(dǎo)孔鏈均由長(zhǎng)排的導(dǎo)孔所形成，而且所述第二導(dǎo)孔鏈具有高阻抗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)孔鏈測(cè)試結(jié)構(gòu)，包括基板、位于基板上的絕緣層、位于絕緣層上的第一導(dǎo)孔鏈、位于第一導(dǎo)孔鏈兩側(cè)的絕緣層上的第二導(dǎo)孔鏈，而處于第一導(dǎo)孔鏈的熱效周圍且位于基板下方的第一熱源，以提供第一導(dǎo)孔鏈熱能、以及用以加熱第二導(dǎo)孔鏈的電流源，使得第二導(dǎo)孔鏈作為第一導(dǎo)孔鏈的第二熱源。
文檔編號(hào)G01R31/26GK102916000SQ20121027704
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者菲力普·J·愛爾蘭, 江文松 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司