檢測金屬化系統(tǒng)之上所形成的異常剛性柱凸塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及檢測金屬化系統(tǒng)之上所形成的異常剛性柱凸塊。一般而言，本文所揭露的技術(shù)主題是與在半導(dǎo)體芯片上測試形成的柱凸塊相關(guān)，以便檢測是否存在異常剛性柱塊。本文所揭露的一種說明性方法包括：將相鄰于在半導(dǎo)體芯片的金屬化系統(tǒng)上方形成的柱凸塊的側(cè)部的測試探針定位；以及在以小于近似1微米/秒的實(shí)質(zhì)固定速度移動該測試探針的同時(shí)，借由使該柱凸塊的該側(cè)部與該測試探針接觸而在該柱凸塊上實(shí)施側(cè)向力測試。
【專利說明】檢測金屬化系統(tǒng)之上所形成的異常剛性柱凸塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般而言，本揭露是關(guān)于精密半導(dǎo)體裝置(sophisticated semiconductorsemiconductor device),以及更尤指用于測試并且評估后端工序(BEOL)金屬化系統(tǒng)的金屬化層與可形成于其的上的柱凸塊的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代的超高密度集成電路中，在尺寸方面的裝置特征已穩(wěn)步縮減以增強(qiáng)半導(dǎo)體裝置的性能及電路的整體功能。除了因減少信號傳播時(shí)間(propagation time)所導(dǎo)致的操作速度提升，縮減的特征尺寸容許電路中的功能組件數(shù)目增加以擴(kuò)充其功能。此外，即使已大幅縮減整體裝置尺寸，先進(jìn)半導(dǎo)體裝置的制造商為了同時(shí)降低成本及制造時(shí)間，以利維持經(jīng)濟(jì)競爭力，故仍承受固定壓力。
[0003]在制造許多精密集成電路時(shí)，通常必需在組成微電子裝置的各種半導(dǎo)體芯片之間提供電性連接。取決于芯片類型及整體裝置設(shè)計(jì)的需求，可用各種方式完成電性連接，舉例為引線接合(wire bonding)、卷帶式自動接合(TAB)、覆晶接合、以及諸如此類的。近年來，借由形成自所謂焊錫凸塊(solder bump)的焊球，對于其中半導(dǎo)體芯片是附著于載體基板或其它芯片的覆晶技術(shù)的使用已成為半導(dǎo)體工藝的工業(yè)的重要態(tài)樣。
[0004]在覆晶技術(shù)中，焊球是形成于要在連接到芯片的至少其中一個(gè)的接觸層上(舉例來說，在包括多個(gè)集成電路的半導(dǎo)體芯片的最后金屬化層之上形成的介電鈍化層(passivation layer)上)之處。類似地,尺寸適當(dāng)且合適放置的接合墊(bond pad)是形成于另一芯片(舉例來說，載體封裝基板)上，使得每一個(gè)接合墊都相當(dāng)于半導(dǎo)體芯片上形成的各每一個(gè)焊球。接著借由「翻覆(flip)」半導(dǎo)體芯片、使焊球與接合墊實(shí)體接觸、并且以高溫實(shí)施所謂的可控制熔塌芯片連接(Controlled Collapse Chip Connection, C4)的焊料凸塊「回流焊」工序來電性連接兩個(gè)單元(也就是說，半導(dǎo)體芯片以及載體基板)以至于半導(dǎo)體芯片上的每一顆焊球都熔化并與載體基板上對應(yīng)的接合墊接合。一般而言，整個(gè)芯片區(qū)域上可分布數(shù)百個(gè)焊粒凸塊，從而提供舉例為所需的1/0能力予通常包括復(fù)雜電路的現(xiàn)代半導(dǎo)體芯片，如微處理器、存儲電路、三維(3D)芯片、以及諸如此類的、及/或形成完整復(fù)雜電路系統(tǒng)的多個(gè)集成電路。
[0005]已于接續(xù)的設(shè)計(jì)技術(shù)節(jié)點(diǎn)世代縮減半導(dǎo)體的尺寸，如銅、金、銀及/或其合金等導(dǎo)電性更高的材料組成的柱凸塊已在至少某些覆晶及3D芯片應(yīng)用中取代焊錫凸塊。柱凸塊相比于更傳統(tǒng)的焊錫凸塊連接可提供許多優(yōu)點(diǎn)，包括有更高的互連密度、改良的電與熱性能、芯片與基板之間更大的間距(standoff)、接合操作后更容易的底部填充(underfilling)、較高的裝置可靠度、以及諸如此類的。在一般的高溫C4焊錫凸塊回流焊工序期間，焊料凸塊一般將會熔塌(collapse)并散開(spread out)達(dá)某程度，從而在接合工序期間變更形狀及尺寸。另一方面，可僅具有用于接合至相應(yīng)接合墊的相對為小的焊帽(solder cap)的柱凸塊可在回流焊工序期間實(shí)質(zhì)保留其形狀及尺寸穩(wěn)定度，主因是如銅及諸如此類的一般柱凸塊材料相比于一般焊接材料是有較高的熔化溫度。此尺寸穩(wěn)定度的改良依次允許在比焊錫凸塊常用更加緊密的凸塊間距的基礎(chǔ)上制造柱凸塊，以及在某些情況下有細(xì)得多的重新分布接線圖案(wiring pattern),從而導(dǎo)致更高的互連密度。
[0006]如上所述，柱凸塊有時(shí)有較小的焊帽，其可在高溫回流焊工序期間用于在相應(yīng)的載體基板上將柱凸塊接合至各自的接合墊。一般而言，載體基板材料是有機(jī)積層，其具有比在某些情況下是主要由硅及基于硅的材料構(gòu)成的半導(dǎo)體芯片4到8倍等級為高的熱膨脹系數(shù)(CTE)。因此，由于介于半導(dǎo)體芯片與載體基板(亦即，硅相比有機(jī)積層)之間的CTE不匹配(mismatch),載體基板在暴露于(expose to)回流焊溫度時(shí)將于比半導(dǎo)體芯片多生長，因此，熱交互作用應(yīng)力將隨著封裝冷卻及焊帽固化而強(qiáng)加在芯片/基板封裝上?，F(xiàn)在將說明圖1a至ld，其概述在此工序期間的至少某些可能的芯片封裝熱交互作用效應(yīng)。
[0007]圖1a概述包括有載體基板101及半導(dǎo)體芯片102的芯片封裝100。半導(dǎo)體芯片102通常包括芯片102的金屬化系統(tǒng)104 (請參照圖1d)之上形成的多個(gè)柱凸塊103。在至少某些情況下，柱凸塊103包括焊帽103C，該焊帽103C在載體基板101上是有助于柱凸塊103與相應(yīng)接合墊(圖未示)之間的接合操作。在芯片封裝裝配工序(chip packagingassembly process)期間，半導(dǎo)體芯片102遭到倒置(invert)(或稱「翻覆」)并接觸載體基板101，之后，以超過構(gòu)成焊帽103C的材料的熔化溫度的回流焊溫度使圖1a的芯片封裝100暴露于回流焊工序102。取決于用以形成焊帽103C的特定焊料合金，回流焊溫度可超過(upwards of) 200°C至265°C。在回流焊工序120期間，當(dāng)焊帽103C的材料呈液相時(shí)，載體基板101與半導(dǎo)體芯片102中的兩個(gè)都能夠在各自成份(component)的熱膨脹系數(shù)的基礎(chǔ)上是以實(shí)質(zhì)未受限的方式來熱「生長」。如此，載體基板101與半導(dǎo)體芯片102中的兩個(gè)雖然是每一個(gè)將因其不同的CTE而以不同量生長而仍維持實(shí)質(zhì)扁平、未變形的狀況。
[0008]另一方面，圖1b概述在冷卻階段中當(dāng)載體基板101與半導(dǎo)體芯片102之間開始出現(xiàn)熱交互作用時(shí)的芯片封裝100。隨著芯片封裝100冷卻，焊帽103C固化并將半導(dǎo)體芯片102上的柱凸塊103機(jī)械性地連接到載體封裝基板101上的接合墊。隨著芯片封裝100在焊帽103C固化后持續(xù)冷卻，載體基板101的材料與半導(dǎo)體芯片102之間的CTE不匹配而導(dǎo)致基板101以大于芯片102的速率收縮。一般而言，熱膨脹/收縮的差異是與載體基板101及半導(dǎo)體芯片102中的兩個(gè)的平面外(out-of-plane)變形、以及柱凸塊103的某些剪切變形量(some amount of shear deformation)結(jié)合來調(diào)節(jié)(accommodate)。面外變形在半導(dǎo)體芯片102中引發(fā)剪切及彎曲力102FU03M。半導(dǎo)體芯片102中可在圍繞柱凸塊103的區(qū)域域內(nèi)立即出現(xiàn)其它局部效應(yīng)，如圖1d所示及底下的說明。
[0009]圖1c概述圖1a至Ib中半導(dǎo)體芯片102的平面圖。如圖1c中所示，半導(dǎo)體芯片102具有位于芯片102的第一芯片中心線102X與第二芯片中心線102Y的交叉處的中心102C。因此，半導(dǎo)體芯片102的表面上可分布多個(gè)柱凸塊103。然而，應(yīng)注意的是，盡管圖1c中所示柱凸塊103是繪制成隨機(jī)放置，應(yīng)了解柱凸塊103的相對位置僅屬說明性質(zhì)，理由是在半導(dǎo)體芯片102的表面上的塊體103普遍可呈至少是局部性的實(shí)質(zhì)均勻(uniform)或均相(homogeneous)方式分布。另外，因芯片102與載體基板101 (請參照圖1b)之間的熱交互作用而可在半導(dǎo)體芯片102中引發(fā)經(jīng)概要描繪的剪切力102F(將普遍由半導(dǎo)體芯片102的周邊102P朝中心102C或依其一般方向予以定向，如圖1c中所示的箭號所指)。
[0010]圖1d概述半導(dǎo)體芯片102在芯片封裝100冷卻之后圍繞單獨(dú)柱凸塊103A的區(qū)域。為了簡化，已相對于圖1a至Ib中所示的芯片封裝配置所倒置的半導(dǎo)體芯片102，并且未表示出載體基板101。另外，圖1d中僅表示半導(dǎo)體芯片102的金屬化統(tǒng)104的最上方金屬化層104AU04B及104C，并且未描繪出層件104C下方的任何金屬化層、裝置層、或芯片102的基板層。半導(dǎo)體芯片102可包括在最后金屬化層104A之上形成的鈍化層106、在鈍化層106中開口內(nèi)與之上形成的凸塊下金屬化(underbump metallization, UBM)層105U、以及UBM層105U之上形成的柱凸塊103A。在某些情況下，柱凸塊103A可有助于產(chǎn)生在載體基板101 (未示于圖1d)與半導(dǎo)體芯片102的裝置層級(圖未示)中形成的一或多個(gè)半導(dǎo)體裝置(圖未示)之間的電性連接。然而，在其它情況下，柱凸塊103A可為未對芯片電路(圖未示)提供電性連接的「假凸塊(du_y bump)」，但其中「假凸塊」是經(jīng)包含有用以提供前述實(shí)質(zhì)均勻或均相的塊體分布。
[0011]當(dāng)柱凸塊103A是想要用于對芯片電路(圖1d中未示)提供電性連接時(shí)，UBM層105U及柱凸塊103A可在接合墊105之上形成,其可用于促進(jìn)對表面下接觸結(jié)構(gòu)107 (underlyingcontact structure)的電性連接。圖1d中所示的接合墊105及接觸結(jié)構(gòu)107中的兩個(gè)都以虛線描繪，其表示這些組件是可或可不形成在柱凸塊103A下方。如前所述，接合墊105(若是有)可與接觸結(jié)構(gòu)107接觸而有助于柱凸塊103A對在金屬化系統(tǒng)104下方裝置層級(圖未示)中所形成集成電路(圖未示)的電性連接。僅為了描述，接觸結(jié)構(gòu)107 (若是有)可包括舉例為在金屬化層104B中形成的接觸導(dǎo)孔107B、金屬化層104C中的導(dǎo)電線107C與接觸導(dǎo)孔107D、以及諸如此類，而其它配置也可予以使用。
[0012]如上所述，在冷卻階段期間，由半導(dǎo)體芯片102及載體基板101的熱交互作用所造成的芯片封裝100的面外變形通常在芯片102中引發(fā)剪切及彎曲力102FU02M。這些剪切及彎曲力102FU02M將在每一個(gè)柱凸塊103上產(chǎn)生局部負(fù)載(load)作用，如剪切負(fù)載103S、拉伸(tensile)或上拔負(fù)載103T以及跨越柱凸塊103A的彎曲力矩103M。然而，由于柱凸塊103的材料普遍是非常魯棒性并包括超過至少某些構(gòu)成半導(dǎo)體芯片102的材料(尤其是金屬化系統(tǒng)104中所包括的介電材料)的剛性，故在芯片封裝熱交互作用期間將由柱凸塊103A的塑性變形所吸收的變形能量是相對較低。反而，大部份負(fù)載103SU03T以及103M將平移(translate)穿過柱凸塊103A并進(jìn)入柱凸塊103A底下的金屬化層，如層件104A至104C。這些平移負(fù)載將普遍在金屬化系統(tǒng)104低于柱凸塊103A的邊緣113 (在圖1d中以虛線表示)處的區(qū)域內(nèi)具有最高強(qiáng)度。
[0013]在以上概述的狀況下，可在金屬化系統(tǒng)104的一或多個(gè)金屬化層中發(fā)展(develop)高度局部應(yīng)力，如柱凸塊103A的一側(cè)部上的拉伸應(yīng)力108T及柱凸塊103A的對向側(cè)部上的壓縮應(yīng)力108C。另外，若應(yīng)力108T及/或108C有夠高的強(qiáng)度，則一或多個(gè)金屬化層可在柱凸塊103A下方出現(xiàn)局部性破壞(local failure).一般而言，所提供包括有實(shí)質(zhì)均相材料系統(tǒng)的金屬化層的破壞將顯示脫層或裂縫109 (crack)，并且通常將出現(xiàn)在負(fù)載最高處(也就是說，柱凸塊103A的邊緣113附近)，如圖1d中所示。在其它利用具有局部變性斷裂能量(locally varying fracture energies)的實(shí)質(zhì)非均相材料系統(tǒng)的情況下，裂縫109僅可出現(xiàn)在單一金屬化層中，如圖1d所示的層件104C，而在其它情況下，并且取決于許多因素，裂縫109可更深或更淺地傳播到表面下金屬化系統(tǒng)104(underlyingmetallization system)內(nèi)，也就是說,從一金屬化層散開到另一金屬化層。
[0014]可在如圖1d中所示柱凸塊103A等柱凸塊下方金屬化層中出現(xiàn)的如裂縫108等脫層破壞及裂縫有時(shí)會承受早期破壞，理由是裂縫108可阻止柱凸塊103A對其下方的接觸結(jié)構(gòu)107形成良好的電性連接。然而，由于上述脫層/裂縫缺陷是直到半導(dǎo)體芯片制造的芯片封裝裝配階段才出現(xiàn)，故直到實(shí)施最終質(zhì)量檢驗(yàn)才可將要普遍檢測缺陷。在某些情況下，在已完成覆晶操作后，芯片封裝100可進(jìn)行聲學(xué)測試(acoustic testing)，如C模式聲學(xué)顯微術(shù)(CSAM)?？稍谥箟K103下方半導(dǎo)體芯片102的金屬化系統(tǒng)104中出現(xiàn)的裂縫109將在CSAM檢驗(yàn)過程期間具有外觀特征(characteristic appearance),該外觀特征是可辨視地與其下方無此裂縫109的柱凸塊103有分別。
[0015]由于這是CSAM影像中聲學(xué)信號差異如何首次可視化的方式，此等柱凸塊有時(shí)稱為「白色凸塊」、「白點(diǎn)」、或「幽靈凸塊(ghost bump)」。白色凸塊缺陷由于未出現(xiàn)并且從而無法檢測而可對整體芯片制造程序強(qiáng)加耗成本的缺點(diǎn)(costly downside)而直到已在芯片中出現(xiàn)顯著的材料及制造投資為止。另外，在那些裝配好的芯片封裝100未進(jìn)行CSAM檢驗(yàn)的實(shí)例中，未檢測到的白色凸塊缺陷可導(dǎo)致整體裝置的可靠度降低。
[0016]另外，具有介電常數(shù)(或k值)近似3.5或更低的介電材料(通常稱為「低介電常數(shù)介電材料」)的研制及使用已導(dǎo)致白色凸塊發(fā)生率(incidence)增加。一般而言，低介電常數(shù)介電材料與具有較高介電常數(shù)值的較常用的介電材料(如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、以及諸如此類等)相比，是具有較低的機(jī)械強(qiáng)度、機(jī)械模數(shù)、以及黏著強(qiáng)度(adhesionstrength)。隨著金屬化系統(tǒng)利用低介電常數(shù)介電材料所構(gòu)成的更多并有時(shí)更厚的金屬化層，在處于強(qiáng)加在柱凸塊底下金屬化層上的負(fù)載時(shí)，較低強(qiáng)度低介電常數(shù)材料將斷裂(rupture)的可能性較大，從而導(dǎo)致脫層及裂縫(亦即，白色塊體缺陷)。尤其是，由于變形能量在接近上表面時(shí)通常最大，而在許多情況下，在較低的金屬化層級中則減小，故最在接近半導(dǎo)體芯片上表面(也就是說，最接近最后金屬化層)的低介電常數(shù)金屬化層中是傾向于出現(xiàn)或至少開始就有裂縫。另外，上述白色凸塊問題的類型在具有介電常數(shù)值近似2.7或更低的超低介電常數(shù)(ULK)材料構(gòu)成的金屬化層中看來有時(shí)甚至可再加劇，在某些情況下，相比于某些低介電常數(shù)材料甚至可具有較低強(qiáng)度機(jī)械特性。
[0017]在某些先前技術(shù)半導(dǎo)體芯片中，白色凸塊缺陷相關(guān)的損害效應(yīng)(detrimentaleffect)有時(shí)可借由將設(shè)置于金屬化系統(tǒng)的那些在芯片那些較可能出現(xiàn)白色凸塊處的區(qū)域減少至低于及/或相鄰于柱凸塊的區(qū)域中的關(guān)鍵及/或敏感電路組件(sensitive circuitelement)的數(shù)目而最小化。舉例來說，主體尺寸(也就是說，其長度或?qū)挾?是可顯著影響主體在處于高溫時(shí)經(jīng)受的熱膨脹的總量的一項(xiàng)因素。如此，最大熱交互作用的點(diǎn)位(以及相當(dāng)于最高面外負(fù)載)可出現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片的那些如芯片周邊等的最遠(yuǎn)離芯片中性中心、或中心線的如周邊102P等區(qū)域以及更特定的是在那些靠近芯片的轉(zhuǎn)角102E(COrner)的區(qū)域中(請參照圖1c)。
[0018]因此，在所提供半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)及布局期間，有時(shí)可在遠(yuǎn)離芯片那些一般處于微差熱膨脹最大量的區(qū)域(舉例為芯片邊緣及轉(zhuǎn)角的半導(dǎo)體芯片與載體基板之間)設(shè)置關(guān)鍵電路組件并且繞過至少某些導(dǎo)電組件。
[0019]然而，如上述單純地調(diào)整各種電路組件的布局不總是能解決通常與時(shí)常出現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片的一般與最高熱交互作用及面外負(fù)載相關(guān)的區(qū)域中的白色凸塊有關(guān)的所有問題。舉例來說，在某些情況下，所提供后端工序(BEOL)金屬化系統(tǒng)的特低介電常數(shù)或ULK材料層的特定區(qū)域可顯示特定材料為不尋常低于通?？深A(yù)期的機(jī)械特性。此較低的機(jī)械特性可導(dǎo)因于許多不同因素的任何一個(gè)，包括有材料沉積參數(shù)的變異性及/或漂移性、潔凈度、污染、及/或所提供工具或晶圓相關(guān)的微刮損(microscratching)問題、以及諸如此類。另外，此調(diào)整過的布局配置通常傾向于放棄有價(jià)值的芯片基板使用面積(valuable chip realestate)，其有時(shí)可限制所形成芯片可予以使用的應(yīng)用類型。
[0020]因此，并且有鑒于前述，有必要實(shí)現(xiàn)新的策略以解決白色凸塊出現(xiàn)在與通?？稍谝话阈酒庋b操作期間于半導(dǎo)體芯片上具有的損害效應(yīng)相關(guān)的設(shè)計(jì)及制造問題。本揭露是與各種測試方法及緩解策略(導(dǎo)向?qū)⒁陨纤x的一個(gè)或多個(gè)問題的效應(yīng)避免或至少最小化)相關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]底下呈現(xiàn)簡化的本發(fā)明揭露的內(nèi)容用以對本文所揭露的某些態(tài)樣提供基本理解。本內(nèi)容不是本揭露的徹底概述，用意也不在于識別此處所揭露技術(shù)主題的主要或關(guān)鍵組件。其目的僅在于以簡化形式呈現(xiàn)某些概念來作為后文所述更詳細(xì)說明的前言。
[0022]一般而言，本文所揭露的技術(shù)主題是與在半導(dǎo)體芯片上測試形成的柱凸塊(pillar bump)相關(guān)，以便檢測是否存在異常剛性柱塊。本文所揭露的一種說明性方法包括:將相鄰于在半導(dǎo)體芯片的金屬化系統(tǒng)上方形成的柱凸塊的側(cè)部的測試探針定位；以及在以小于近似I微米/秒的實(shí)質(zhì)固定速度移動該測試探針的同時(shí)，借由使該柱凸塊的該側(cè)部與該測試探針接觸而在該柱凸塊上實(shí)施側(cè)向力測試。
[0023]本揭露的另一說明性具體實(shí)施例是一種包括在第一半導(dǎo)體芯片的第一金屬化系統(tǒng)之上所形成的第一柱凸塊上實(shí)施第一側(cè)向力測試及其它等等的方法，其中實(shí)施第一側(cè)向力測試包括在沿著以相對于該第一金屬化系統(tǒng)的平面的實(shí)質(zhì)非零角度所定向的路徑以實(shí)質(zhì)固定速度移動第一測試探針的同時(shí)，使該第一柱凸塊的側(cè)部與該第一測試探針接觸，并且該實(shí)質(zhì)固定速度小于近似0.1微米/秒；另外，所揭露的方法此外也包括在該第一側(cè)向力測試期間判斷介于該第一柱凸塊與該第一金屬化系統(tǒng)之間的第一行為性交互作用；產(chǎn)生代表介于第二半導(dǎo)體芯片的第二金屬化系統(tǒng)與形成于該第二金屬化系統(tǒng)之上的多個(gè)第二柱凸塊之間的行為化交互作用的對照用行為性交互作用曲線；以及將該第一行為性交互作用對該對照用行為性交互作用曲線作比較。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]本揭露可參照底下說明并配合附圖予以理解，其中類似的參照符號識別成類似的組件，以及其中:
[0025]圖1a至Ib示意性說明先前技術(shù)的半導(dǎo)體芯片與載體基板的覆晶封裝操作；
[0026]圖1c示意性說明圖1a至Ib先前技術(shù)的半導(dǎo)體芯片的平面圖；
[0027]圖1d示意性說明在圖1a至Ib的覆晶封裝操作之后先前技術(shù)的半導(dǎo)體芯片的表面下金屬化系統(tǒng)與代表性柱凸塊上的面外荷載(loading)；
[0028]圖2示意性說明可用于在本發(fā)明所揭露半導(dǎo)體芯片或晶圓的金屬化系統(tǒng)之上形成的柱凸塊的側(cè)向力測試的說明性測試配置；
[0029]圖3以圖像說明了對照用曲線，其代表使用本發(fā)明所揭露的快速與慢速側(cè)向力測試與圖2的說明性測試配置在對裂縫破壞作測試時(shí)柱凸塊與半導(dǎo)體芯片或晶圓的表面下金屬化系統(tǒng)之間的行為性交互作用；[0030]圖4a至4b是顯微照片，其表示在代表性半導(dǎo)體芯片的金屬化系統(tǒng)中因覆晶接合操作而出現(xiàn)的裂縫的裂縫形態(tài)(morphology)；
[0031]圖4c至4d是顯微照片，其表示在代表性半導(dǎo)體芯片的金屬化系統(tǒng)中因使用本發(fā)明所揭露圖2的說明性測試配置來對裂縫破壞作慢速凸塊測試而出現(xiàn)的裂縫的裂縫形態(tài)；
[0032]圖4e至4h是顯微照片，其表示在代表性半導(dǎo)體芯片的金屬化系統(tǒng)中因使用本發(fā)明所揭露圖2的說明性測試配置來對裂縫破壞作快速凸塊測試而出現(xiàn)的裂縫的裂縫形態(tài)；
[0033]圖5以圖像說明了對照用曲線，其代表異常剛性或典型順應(yīng)性柱凸塊與使用本發(fā)明所述第2圖說明性測試配置與慢速側(cè)向力測試來對裂縫破壞作測試時(shí)，半導(dǎo)體芯片或晶圓的表面下金屬化系統(tǒng)之間的行為性交互作用；
[0034]圖6a與6b示意性地描繪出可用于測試并將在半導(dǎo)體芯片或晶圓的金屬化系統(tǒng)之上形成的異常剛性柱凸塊定位的根據(jù)本發(fā)明所揭露的某些說明性具體實(shí)施例的測試配置；
[0035]圖7a至7e為根據(jù)本揭露的某些具體實(shí)施例所示意性地可用于修復(fù)異常剛性柱凸塊的說明性系統(tǒng)與方法的各種圖示；
[0036]圖8以圖像說明了代表在半導(dǎo)體芯片或晶圓的金屬化系統(tǒng)之上形成的柱凸塊的典型行為性交互作用的曲線與代表使用本發(fā)明所揭露圖2的說明性測試配置與慢速側(cè)向力測試來對裂縫破壞作測試時(shí)，在金屬化系統(tǒng)中異常弱點(diǎn)(weak site)之上形成的柱凸塊的行為性交互作用的曲線之間的對照差異；
[0037]圖9a與9b示意性描繪出根據(jù)本發(fā)明所揭露的某些說明性具體實(shí)施例的測試配置，其可用于測試在半導(dǎo)體芯片或晶圓的金屬化系統(tǒng)之上形成的柱凸塊以便將表面下金屬化系統(tǒng)中的異常弱點(diǎn)定位；以及
[0038]圖9c至91示意性描繪出說明性測試探針尖端(test probe tip)的各種具體實(shí)施例，其可用于測試根據(jù)在圖9a與9b中所說明的一或多個(gè)測試柱凸塊的測試配置。
[0039]盡管本發(fā)明所揭露的技術(shù)主題易受各種改進(jìn)與替代形式所影響，其特定具體實(shí)施例仍已借由圖式中的范例予以表示并且在本文中予以詳述。然而，應(yīng)理解的是，本發(fā)明對特定具體實(shí)施例的說明是不傾向于將本發(fā)明限制成所揭露的特殊形式，相反地，用意是在將落于如借由所附的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神與范圍內(nèi)的所有改進(jìn)、對應(yīng)特征、以及替代包括。
【具體實(shí)施方式】
[0040]底下描述的是本技術(shù)主題的各種說明性具體實(shí)施例。為了清楚起見，未在本說明書中說明實(shí)際實(shí)現(xiàn)的所有特征。當(dāng)然將了解的是，在任何此實(shí)際具體實(shí)施例的研制中，必須施作許多實(shí)現(xiàn)特定性決策以達(dá)成研制者的特定目的，如與系統(tǒng)相關(guān)并與商業(yè)相關(guān)限制條件符合，其視實(shí)現(xiàn)而不同。再者，將了解的是，此研制計(jì)劃可能復(fù)雜且耗時(shí)，不過卻屬本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具有本揭露利益的例行事務(wù)。
[0041]現(xiàn)在將參照附圖描述本技術(shù)主題。圖式中所示意性描繪的各種結(jié)構(gòu)及裝置的目的僅在于解釋以利于不使對熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說為熟知的細(xì)節(jié)而使本揭露不清楚。雖然如此，包含有附圖以說明并解釋本揭露的說明性范例。使用于本發(fā)明的用字及詞組應(yīng)該理解并解讀成本發(fā)明與熟知所屬相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的用字及詞組具有一致順應(yīng)的意義。并無術(shù)語或詞組的特殊定義，亦即，不同于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的普通及慣用意義的定義，是打算借由本發(fā)明對于術(shù)語或詞組的一致性用法來予以暗示。對打算將術(shù)語或詞組包括有特殊意義的擴(kuò)展來說，亦即，不同于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的術(shù)語或詞組，此特殊定義將在說明書中以直接并明確地將用于術(shù)語或詞組的特殊定義提供出來的明確方式予以清楚提出。一般而言，本揭露的技術(shù)主題是直接針對可用于測試并評估所謂后端工序(BEOL)金屬化系統(tǒng)的金屬化層以及可形成于其上的柱凸塊的各種方法及系統(tǒng)。在本發(fā)明所揭露的特定具體實(shí)施例中，可在代表性BEOL金屬化系統(tǒng)上所形成的每一個(gè)多個(gè)柱凸塊上實(shí)施側(cè)向力測試以便模擬因覆晶裝配工序期間的芯片封裝熱交互作用而可在柱凸塊上強(qiáng)加的面外負(fù)載的類型。舉例來說，可實(shí)施各自的側(cè)向力測試直到在所測試表面下的柱凸塊的金屬化層中出現(xiàn)破壞為止，亦即直到引發(fā)裂縫為止。在某些具體實(shí)施例中，裂縫可代表因芯片封裝期間熱交互作用而出現(xiàn)的裂縫破壞的類型，如圖1d中所示的裂縫109。另外，可在側(cè)向力測試期間收集相關(guān)測試數(shù)據(jù)，并在之后進(jìn)行評估以便判斷當(dāng)暴露于負(fù)載(如可在覆晶裝配期間產(chǎn)生的負(fù)載)時(shí)時(shí)柱凸塊與表面下金屬化層之間的行為性交互作用。由此，可執(zhí)行統(tǒng)計(jì)評定以便對所提供的柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置建立典型的行為性交互作用的曲線，該曲線可表示在處于面外負(fù)載時(shí)該配置會如何正常地作出想要的反應(yīng)。在本揭露的至少某些具體實(shí)施例中，當(dāng)測試在可以類似配置參數(shù)的基礎(chǔ)上形成的額外產(chǎn)品時(shí)，可針對以各種評估目的的對照方式來使用所提供的柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置的典型行為性交互作用曲線。舉例來說，在特定具體實(shí)施例中，行為性交互作用曲線可用于將與異常柱凸塊及/或表面下金屬化層相關(guān)的處理及/或材料有關(guān)問題定位并特征化。在其它具體實(shí)施例中，典型行為性交互作用曲線可用于評估所提供芯片設(shè)計(jì)與布局的整體魯棒性(obustness)，其可受到參數(shù)影響，如:金屬化層的數(shù)目；介電材料類型、強(qiáng)度與厚度；導(dǎo)電組件的尺寸、配置與相對定位；及/或相對于表面下特征的柱凸塊的尺寸、配置與定位。又在其它具體實(shí)施例中，行為性交互作用曲線也可當(dāng)作品保工具用以評估可用于形成低介電常數(shù)介電材料、超低介電常數(shù)(ULK)介電材料、及/或柱凸塊的工序中的工具性能及/或其漂移(亦即，材料或沉積參數(shù)的變更)。在又進(jìn)一步的具體實(shí)施例中，典型行為性交互作用曲線也可用于對先進(jìn)裝置世代評估如低介電常數(shù)及/或ULK介電材料等的新材料，該新材料可實(shí)質(zhì)降低機(jī)械強(qiáng)度，并從而更容易遭受熱交互作用所引發(fā)的裂縫狀破壞所影響。
[0042]應(yīng)理解的是，除非另有明確指出，任何可用在底下說明中的相對定位或指向術(shù)語(如「上方」、「下方」、「上」、「相鄰于」、「之上」、「之下」、「遍及」、「底下」、「頂部」、「底部」、「垂直」、「水平」、以及諸如此類等)都應(yīng)根據(jù)相對于所參照附圖中的組件或組件的說明的術(shù)語的正常及日常意義予以解釋。舉例來說，請參照圖1d中所繪半導(dǎo)體芯片102的示意性剖面圖，應(yīng)理解鈍化層106是在最后金屬化層104A「之上」形成，以及導(dǎo)電接合墊105是設(shè)置于柱凸塊103A「之下」或「底下」。類似地，在那些其中無其它層件或結(jié)構(gòu)插置于其(鈍化層106與最后金屬化層104A)間的具體實(shí)施例中，也應(yīng)注意鈍化層106可接置在最后金屬化層104A「上」。圖2示意性描繪出可用于測試在晶圓或半導(dǎo)體芯片202的代表性柱凸塊203與表面下金屬化系統(tǒng)204之間的行為性交互作用的新穎測試配置的一說明性具體實(shí)施例。如圖2所不,柱凸塊203可形成在金屬化系統(tǒng)204之上,該金屬化系統(tǒng)204可包括多個(gè)金屬化層及導(dǎo)電手段(如接合墊、接觸導(dǎo)孔與導(dǎo)電線等為了簡化而未示于圖2)。舉例來說，請參照上文另有詳述的圖1d。在某些具體實(shí)施例中，柱凸塊203可由許多熟知且高度導(dǎo)電性材料的任何一種構(gòu)成，如銅、金、銀以及諸如此類、或其合金。另外，應(yīng)了解的是，柱凸塊203可表示成多個(gè)柱凸塊的其中之一，該些柱凸塊可各自形成于或普遍分布并遍及半導(dǎo)體芯片202上表面之上，該些柱凸塊中的某些可作測試以便建立典型行為性交互作用曲線，下文將進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0043]如上所述,金屬化系統(tǒng)204可包括多個(gè)各種類的金屬化層(圖未不),而每一個(gè)金屬化層可由一或多種各自的介電材料所構(gòu)成，以及包括有多種導(dǎo)電手段(圖未示)，如收縮導(dǎo)孔(contract via)及/或?qū)щ娋€等諸如此類的，其可在每一個(gè)各種類的金屬化層內(nèi)依半導(dǎo)體芯片202的整體電路布局定義來安置及列置定義。取決于半導(dǎo)體芯片202的特定設(shè)計(jì)，一或多個(gè)各自的金屬化層可包括低介電常數(shù)及/或ULK介電材料。
[0044]根據(jù)目前所揭露的技術(shù)主題，柱凸塊203與金屬化系統(tǒng)204的行為性交互作用可使用側(cè)向力測試而予以測試并估計(jì)。在特定說明性具體實(shí)施例中，測試探針220可沿著實(shí)質(zhì)平行于金屬化系統(tǒng)204的平面223的路徑221以固定速度移動以便接觸柱凸塊203。當(dāng)測試探針220接觸柱凸塊203時(shí)，可隨著測試探針220以固定速持續(xù)移動并且推進(jìn)柱凸塊203而在柱凸塊203中形成凹痕(indentation)或凹口 224。由于測試探針220的固定速度移動，力量220F是強(qiáng)加在柱凸塊203上，其可在測試期間予以測量并且記錄。在某些具體實(shí)施例中，由測試探針220所形成而強(qiáng)加在柱凸塊203上的力量220F可大約表示有時(shí)在覆晶封裝的熱交互作用期間于所提供柱凸塊上引發(fā)的荷載的類型。另外，柱凸塊203上的力量220F可依次于柱凸塊203與金屬化系統(tǒng)204之間的接口處引發(fā)剪切負(fù)載220S以及傾覆力矩220M，從而在金屬化系統(tǒng)204中以實(shí)質(zhì)如同先前上述關(guān)于圖1d中所示柱凸塊103A的方式產(chǎn)生局部拉伸及壓縮應(yīng)力208T及208C，從而近似于金屬化系統(tǒng)204中可導(dǎo)致白色凸塊出現(xiàn)的應(yīng)力場。
[0045]在本揭露的某些示例性具體實(shí)施例中，可在柱凸塊203上繼續(xù)上述側(cè)向力測試直到臨近于表面下金屬化系統(tǒng)204中的柱凸塊203出現(xiàn)負(fù)載及/或位移(displacement)引發(fā)的破壞為止-舉例來說，直到金屬化系統(tǒng)204的至少一層或更多層的金屬化層(圖未示)中出現(xiàn)裂縫為止，如以上關(guān)于圖1d所述及所示的裂縫109。另外，可記錄關(guān)于所形成的力量220F及在整個(gè)側(cè)向力測試的持續(xù)期間由探針220移動的總距離的測試數(shù)據(jù)，該測試數(shù)據(jù)可接著用于對所測試的柱凸塊203及金屬化系統(tǒng)204產(chǎn)生行為性交互作用曲線。再者，可在多個(gè)其它類似配置的柱凸塊的每一個(gè)柱凸塊上實(shí)施額外的側(cè)向力測試，該測試可接著用于對所提供的柱凸塊及金屬化系統(tǒng)配置產(chǎn)生典型行為性交互作用曲線，其范例是示于圖3中并且在下文說明。
[0046]圖3圖示出典型的力量/距離行為性交互作用曲線，該曲線表示當(dāng)如上所述使用圖2說明性測試配置來對裂縫破壞作測試時(shí)，在半導(dǎo)體芯片或晶圓的金屬化系統(tǒng)之上形成的多個(gè)柱凸塊的側(cè)向力測試期間所取得的數(shù)據(jù)。如圖3中所示，力量/距離曲線301與302的兩個(gè)實(shí)質(zhì)描繪出在整個(gè)側(cè)向力測試的持續(xù)期間中由測試探針(如圖2的測試探針220)所移動的距離320D對由測試探針在代表性典型柱凸塊(如圖2的柱凸塊203)上產(chǎn)生的力量320F。然而，曲線301代表測試數(shù)據(jù)，該測試數(shù)據(jù)是在側(cè)向力測試期間以不同于用于產(chǎn)生曲線302的固定測試探針?biāo)俣鹊墓潭ㄋ俣纫苿訙y試探針?biāo)〉玫?，以下將作進(jìn)一步說明。
[0047]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知道，已在先前技術(shù)測試架構(gòu)中使用大于近似I微米/秒(μπι/sec)并且范圍高達(dá)10微米/秒的固定測試探針?biāo)俣?，以估?jì)至少某些柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置的行為。力量/距離曲線301代表已使用諸如已知固定測試探針?biāo)俣?，亦即范圍大約I至10微米/秒，予以測試的所提供柱凸塊/金屬化系統(tǒng)的典型行為性交互作用。另一方面，力量/距離曲線302代表具有如產(chǎn)生快速測試曲線301所使用實(shí)質(zhì)類似配置的柱凸塊/金屬化系統(tǒng)的典型行為性交互作用，然而，其中已使用慢得多的固定探針?biāo)俣葋韺?shí)施側(cè)向力測試。更具體地說，力量/距離曲線302可基于小于近似I微米/秒的典型最小先前技術(shù)測試探針?biāo)俣鹊墓潭y試探針?biāo)俣?，并且在特定具體實(shí)施例中，甚至可小于近似0.1微米/秒(或慢于典型先前技術(shù)側(cè)向力測試的大約10至100倍)。為了對照，以近似I至10微米/秒的范圍實(shí)施的側(cè)向力測試(舉例來說，曲線301所代表的測試)是在下文稱作「快速測試」，而其中可用小于近似0.1微米/秒實(shí)施的測試(舉例來說，曲線302所代表的測試)則是在下文稱作「慢速測試」。因此，應(yīng)了解慢速測試可以可慢于典型快速測試至少I至2個(gè)數(shù)量級(magnitude)等級,亦即，至少慢10至100倍，的固定測試速度實(shí)施。
[0048]快速曲線301可以普遍特征而轉(zhuǎn)化為包括四個(gè)不同的響應(yīng)區(qū)域:301A、301B、301C以及301D。曲線301的第一區(qū)域301A描述緊接已借由側(cè)向力測試探針接觸柱凸塊之后的柱凸塊/金屬化系統(tǒng)的初始行為性響應(yīng)。如圖3所示，第一區(qū)域301A表示實(shí)質(zhì)非線性力量/距離響應(yīng)，其中測試探針?biāo)苿拥木嚯x320D (圖3的水平軸)是以高于測試探針在柱凸塊上所強(qiáng)加的力量320F (圖3的垂直軸)的速率增加，其可導(dǎo)致柱凸塊在初始塊體變形期間某種程度的應(yīng)變硬化。
[0049]曲線301的第二區(qū)域301B描述實(shí)質(zhì)線性力量/距離響應(yīng)，測試探針?biāo)苿拥木嚯x320D與強(qiáng)加在柱凸塊上的力量320F的兩個(gè)在這期間都是以實(shí)質(zhì)固定速率增加。之后，如第三區(qū)域301C所示，柱凸塊/金屬化系統(tǒng)的力量/距離響應(yīng)再次顯示實(shí)質(zhì)非線性特性，該特性可表示構(gòu)成金屬化系統(tǒng)的低介電常數(shù)及/或ULK介電材料中所出現(xiàn)的微裂縫破壞加速。因此，隨著力量320F及所移動距離320D的兩個(gè)同時(shí)朝向產(chǎn)生點(diǎn)位331所示的最終宏觀裂縫破壞,測試探針?biāo)苿泳嚯x320D再一次以大于柱凸塊上所強(qiáng)加力量320F的速率增加。曲線301的第四區(qū)域301D描述柱凸塊/金屬化系統(tǒng)在點(diǎn)位331出現(xiàn)裂縫坡壞之后對快速測試的行為性響應(yīng)。第四區(qū)域301D所示的后裂縫力量/距離響應(yīng)也可特征化為本質(zhì)呈實(shí)質(zhì)線性，其中柱凸塊上的力量320F隨著裂縫變寬并傳播通過金屬化系統(tǒng)而快速下降。如圖3中所示，裂縫點(diǎn)331在具有數(shù)量級321的力量320F已強(qiáng)加在柱凸塊上之后出現(xiàn)，并且測試探針已移動了數(shù)量級311的總距離320D。如圖3中所示，力量/距離曲線302 (表示柱凸塊/金屬化系統(tǒng)處于本發(fā)明所揭露的慢速測試時(shí)的行為性交互作用)具有類似于快速曲線301的整體配置，而且顯示類似特征化的曲線區(qū)域302A、302B、302C以及302D。更明確地，曲線302的第一區(qū)域302A為實(shí)質(zhì)非線性，這表示測試探針?biāo)苿拥木嚯x320D是以大于柱凸塊上所強(qiáng)加力量320F的速率增加。第二區(qū)域320B表示致使兩距離320D與力量320F都是以相對固定速率增加的實(shí)質(zhì)線性力量/距離響應(yīng)，而第三區(qū)域302C再次為非線性，就像是快速測試曲線301的第三區(qū)域301C的情況。已出現(xiàn)裂縫之后(識別為點(diǎn)位332)，慢速曲線302的后裂縫第四區(qū)域302D再次顯示實(shí)質(zhì)線性特性，其中柱凸塊上的力量320F隨著裂縫因傳播通過金屬化系統(tǒng)變寬而對測試探針?biāo)苿泳嚯x320D急降。
[0050]然而，應(yīng)注意的是，雖然快速與慢速測試曲線301與302的各自區(qū)域的一般配置及特性具有實(shí)質(zhì)類似的形狀及外觀，而如本發(fā)明所揭露，相比于快速測試(以曲線301表示)，測試曲線302仍指出裂縫將出現(xiàn)于較低力量320F及慢速側(cè)向力測試期間(以曲線302表示)所移動的較短距離320D的兩個(gè)。更具體地說，裂縫在力量320F(具有數(shù)量級322)已強(qiáng)加在柱凸塊上之后曲線302的慢速測試(參照裂縫點(diǎn)332)期間出現(xiàn)。如圖3所示，力量322以數(shù)量323 (amount)比力量321 (在曲線301的快速測試(參照裂縫點(diǎn)331)期間需用以產(chǎn)生裂縫)還小。在一范例中，力量322可小于力量321大約10%至35%。
[0051]類似地，曲線302的慢速測試表示測試探針在裂縫初始的前期間移動的總距離320D具有數(shù)量級312，該總距離320D是以數(shù)量313而小于在曲線301的快速測試期間需用以產(chǎn)生裂縫的相應(yīng)距離311。在一范例中，距離312可小于距離311大約5%至30%。因此，當(dāng)使用用于評估與可實(shí)施的側(cè)向力測試相關(guān)的數(shù)據(jù)的預(yù)測性及/或?qū)φ招怨ぞ邥r(shí)，相比于慢速測試曲線302所指出的，快速測試曲線301將指出所提供系統(tǒng)配置可普遍地較為魯棒性，亦即能夠在芯片封裝交互作用期間抵抗較高負(fù)載及/或較大側(cè)向移動。然而，至少某些定質(zhì)及定量的證據(jù)指出:慢速測試在實(shí)際覆晶封裝中更可為裂縫相關(guān)產(chǎn)品破壞的代表性預(yù)測因子(predictor)，以下將再作說明。
[0052]圖4a至4h為各種代表性半導(dǎo)體芯片的柱凸塊下BEOL金屬化層中的說明性裂縫破壞的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。更具體地說，圖4a與4b是在典型覆晶接合及裝配工序期間已出現(xiàn)實(shí)際產(chǎn)品裂縫409的SEM照片。如圖4a與4b所示，裂縫409顯示實(shí)質(zhì)粒狀或礫石狀形態(tài)，其為因前述半導(dǎo)體芯片與載體封裝基板之間的熱交互作用而出現(xiàn)通常呈典型外觀的裂縫類型。
[0053]圖4c至4f是SEM照片(如圖3所示的測試曲線301所示及以上所述的快速側(cè)向力測試期間已產(chǎn)生在代表性半導(dǎo)體芯片的凸柱塊之下的BEOL金屬化層中的描述性裂縫419)。如圖4c至4f所示，快速側(cè)向力測試期間產(chǎn)生的裂縫419顯示實(shí)質(zhì)平滑的裂縫形態(tài)，該形態(tài)顯著有別于覆晶裝配期間在實(shí)際半導(dǎo)體芯片中已出現(xiàn)裂縫409所示的礫石狀裂縫形態(tài)。實(shí)際破壞的產(chǎn)品中所引發(fā)的裂縫與快速側(cè)向力測試期間產(chǎn)生的裂縫419之間的裂縫形態(tài)差異至少某種程度證實(shí)快速測試裂縫419無法精確代表真實(shí)條件，該真實(shí)條件是在覆晶接合及裝配工序期間發(fā)生并導(dǎo)致在實(shí)際產(chǎn)品中的白色凸塊裂縫(如圖4a與4b所示的說明性裂縫409)的開始并且傳播的。
[0054]另一方面，圖4g及4h是表示SEM照片，該SEM照片示出在本發(fā)明所揭露的慢速側(cè)向力測試期間(如圖3中所示曲線302所代表的測試)在代表性半導(dǎo)體芯片的BEOL金屬化層中已產(chǎn)生的裂縫429。如圖4g及4h所示,裂縫429顯示實(shí)質(zhì)粒狀或碌石狀外觀-也就是說，實(shí)質(zhì)類似于實(shí)際現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中所看到與接合及裝配相關(guān)的裂縫409形態(tài)的形態(tài)，如圖4a及4b所示。此裂縫形態(tài)的相似性可指出:與前述可導(dǎo)致圖4c至4f中所看到實(shí)質(zhì)較平滑的裂縫形態(tài)的快速測試側(cè)向力測試相比，本發(fā)明所揭露的慢速側(cè)向力測試可更精確表示覆晶工序期間實(shí)際半導(dǎo)體芯片中出現(xiàn)的狀況。另外，通常預(yù)期在BEOL金屬化層中開始有裂縫破壞的體系(regime)中于回流焊工序期間在實(shí)際產(chǎn)品上所實(shí)施的應(yīng)變速率計(jì)算(strainrate ca I cu I at i on)指出回流焊期間的應(yīng)變速率是比典型快速側(cè)向力測試期間出現(xiàn)的應(yīng)變速率慢，并還對慢速測試期間出現(xiàn)的應(yīng)變速率提供合理良好的相關(guān)性。
[0055]如前所述，使用范圍大約I至10微米/秒(亦即快速測試)的固定測試探針?biāo)俣鹊膫?cè)向力測試是在當(dāng)將具有表面下金屬化系統(tǒng)的柱凸塊的行為性交互作用評估并特征化時(shí)，已普遍實(shí)施在先前技術(shù)測試架構(gòu)下。另外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在完整閱讀本揭露之后可了解，實(shí)施快速側(cè)向力測試所需的時(shí)間量是遠(yuǎn)短于需用于實(shí)施相應(yīng)慢速測試的時(shí)間量-由于在本發(fā)明所揭露慢速測試期間的固定測試探針?biāo)俣刃∮?.1微米/秒，故據(jù)以實(shí)施的每一個(gè)時(shí)間量可長約10至100倍。當(dāng)為了將所提供柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置特征化而實(shí)施數(shù)百或甚至數(shù)千個(gè)側(cè)向力測試、及品保評平期間、或?yàn)榱嗽u估不同介電材料或芯片配置而實(shí)施數(shù)百或甚至數(shù)千個(gè)以上測試時(shí)，使用典型快速測試可導(dǎo)致用以實(shí)施給定測試集組(set)所需的時(shí)間量整體減少。然而，在許多實(shí)例中，本揭露的新穎慢速測試所提供的額外相關(guān)精確度是顯著超過可與用于實(shí)施先前技術(shù)快速測試所用時(shí)間量縮減相關(guān)而感受到的經(jīng)濟(jì)利益。因此，相比于制造商在時(shí)常為了降低成本而更快速實(shí)施操作的壓力下的傳統(tǒng)制造及檢驗(yàn)操作，借由本發(fā)明所揭露來實(shí)施更耗時(shí)的慢速測試可達(dá)到非預(yù)期的利益。如上所述，就代表現(xiàn)實(shí)芯片封裝的相互作用效應(yīng)而言快速側(cè)向力測試是普遍不如本發(fā)明所揭露的新穎慢速測試方法。舉例來說，快速測試可造成所提供的柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置是在裂縫開始之前可耐受的負(fù)載是高于其實(shí)際可能夠抵抗的誤導(dǎo)印象。因此，當(dāng)使用先前技術(shù)的快速側(cè)向力測試來產(chǎn)生諸如以上圖3的測試曲線301的典型行為性響應(yīng)曲線以及那典型行為性響應(yīng)曲線是用于實(shí)施特定半導(dǎo)體芯片BEOL金屬化系統(tǒng)布局的估計(jì)時(shí)，快速測試曲線可指出在芯片封裝熱交互作用力下的芯片布局是比其實(shí)際更為魯棒性。如此，當(dāng)事實(shí)上的設(shè)計(jì)余裕(design margin)是顯著較低或甚至完全不存在時(shí),過度樂觀的設(shè)計(jì)余?？蓺w因于設(shè)計(jì)。在此等情況下，在本發(fā)明所揭露新穎慢速側(cè)向力測試的基礎(chǔ)上的力量/距離行為性交互作用曲線可實(shí)質(zhì)更精確，從而提供必要的設(shè)計(jì)余裕、以及促進(jìn)(foster)芯片評估程序中較大的整體可靠度。
[0056]在本揭露的某些說明性具體實(shí)施例中，如圖3的曲線302等典型力量/距離行為性交互作用曲線可以對照方式來配合另外的側(cè)向力測試，并使用用于將所提供BEOL金屬化系統(tǒng)配置與形成于其之上的柱凸塊之間的非典型、或異常的行為性交互作用評估及特征化。舉例來說，可使用本發(fā)明所述的慢速測試技術(shù)而在半導(dǎo)體芯片或晶圓的金屬化系統(tǒng)之上所形成的多個(gè)柱凸塊上實(shí)施隨機(jī)性統(tǒng)計(jì)測試。在特定具體實(shí)施例中，與或有可能已借由對于類似配置的柱凸塊/金屬化系統(tǒng)的典型行為性交互作用曲線所預(yù)期的相比，為某些特定測試產(chǎn)生的力量/距離曲線可對側(cè)向力測試顯示出非預(yù)期性不同響應(yīng)。這依次可從而指出與一或多種材料、配置、及/或設(shè)計(jì)相關(guān)異常的存在性，其可與柱凸塊、表面下金屬化系統(tǒng)、或某些其組合相關(guān)，下文將再詳述。
[0057]在某些實(shí)例中，構(gòu)成所提供金屬化系統(tǒng)的一或多個(gè)BEOL金屬化層可異常地及/或非預(yù)期地弱于具有類似配置的典型系統(tǒng)所正常預(yù)期的。此等位于金屬化系統(tǒng)內(nèi)的弱點(diǎn)區(qū)域(weak area)可歸因于任何一或多個(gè)許多不同因素，其包括在沉積工序中的參數(shù)漂移、處理工具失常及/或潔凈度(cleanliness)、基板潔凈度、相鄰層及/或?qū)щ娊M件之間的接合或黏著問題、以及諸如此類。在其它情況下，所提供BEOL金屬化系統(tǒng)中的異常弱點(diǎn)區(qū)域可歸因于那些區(qū)域中各種電路組件的特定布局，諸如所提供金屬化層內(nèi)的密集導(dǎo)電組件及/或接續(xù)金屬化層之間電路組件的相對定位或?qū)R。在又其它情況下，異常可與柱凸塊的一或多個(gè)態(tài)樣，如材料類型、黏著度、及/或上述處理問題相關(guān)。
[0058]在特定情況下，特殊柱凸塊的材料相比于同類材料所構(gòu)成典型柱凸塊的可能正常預(yù)期是可稍微較硬及/或較堅(jiān)強(qiáng)。所以，此柱凸塊的整體剛性相對于典型柱凸塊可增力口，其由于其較低的硬度及/或材料強(qiáng)度而可在處于特定側(cè)向荷載架構(gòu)時(shí)稍微更具有柔性(flexible)或順應(yīng)性(compliant)。在此等環(huán)境下,金屬化系統(tǒng)與可由更硬及/或更強(qiáng)材所構(gòu)成的柱凸塊之間的行為性交互作用可在相對于上述典型柱凸塊的側(cè)向力測試下顯示出實(shí)質(zhì)不同的行為性交互作用曲線。為了說明的目的，其它方面比上述典型柱凸塊較硬及/或較強(qiáng)的材料所構(gòu)成的這些柱凸塊可在下文中稱為「剛性(stiff)」柱凸塊，而典型柱凸塊也可稱為「順應(yīng)性(compliant)」柱凸塊。
[0059]在某些情況下，此等異常剛性柱凸塊可在柱凸塊工序期間形成，以致柱凸塊包括一或多顆其具有在其它方面異?；蛴腥毕?imperfect)的結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)的金屬顆粒(metal grain)。舉例來說，在那些其中半導(dǎo)體芯片的柱凸塊是由銅或銅合金所構(gòu)成的說明性具體實(shí)施例中，銅柱凸塊的彈性(elastic)及塑性(plastic)行為可取決于凸塊的實(shí)際組構(gòu)(texture)。如上所述，在某些情況下，在側(cè)向負(fù)載測試期間應(yīng)用于凸塊的特定荷載結(jié)構(gòu)，此組構(gòu)可造成某些銅柱凸塊比更典型的順應(yīng)性柱凸塊剛硬-也就是說，導(dǎo)致剛性柱凸塊，如前所述。此等異常剛性柱凸塊在所提供負(fù)載下可普遍比較典型的順應(yīng)性柱凸塊不會(less likely to)撓曲(deflect)及/或變形,不論所提供負(fù)載是覆晶接合、及裝配工序期間的面外熱交互作用負(fù)載、或在低速側(cè)向負(fù)載測試期間強(qiáng)加在柱凸塊上的側(cè)向負(fù)載皆是如此。因此，由于剛性柱凸塊在側(cè)向負(fù)載下可比較不會變形，其也可比較不會與芯片的金屬化系統(tǒng)的裂縫所引發(fā)破壞相關(guān)，理由是剛性柱凸塊上的較大量負(fù)載是驅(qū)入(driven into)較弱的表面下金屬化層。
[0060]圖5圖示對照用的柱凸塊/金屬化系統(tǒng)的交互作用曲線501與502，其分別表示在使用圖2中說明性測試配置而對裂縫破壞測試時(shí)，異常剛性柱凸塊及典型順應(yīng)性柱凸塊的行為性交互作用。如圖5所示，代表順應(yīng)性柱凸塊與表面下金屬化系統(tǒng)之間典型行為性交互作用的曲線502具有實(shí)質(zhì)與圖3中所示典型力量/距離曲線302相同的配置。更具體地說，順應(yīng)性柱凸塊曲線502顯示初始非線性應(yīng)變硬化區(qū)域502A (相關(guān)于區(qū)域域302A)、第二實(shí)質(zhì)線性區(qū)域502B (相關(guān)于區(qū)域302B)、第三非線性區(qū)域502C (相關(guān)于區(qū)域302C)、裂縫點(diǎn)532 (相關(guān)于裂逢點(diǎn)332)、以及實(shí)質(zhì)線性后裂縫區(qū)域502D (相關(guān)于區(qū)域302D)。另外，應(yīng)了解裂縫點(diǎn)532是出現(xiàn)于具有數(shù)量級是與曲線302的力量層級322的力量層級522實(shí)質(zhì)相同、以及具有數(shù)量級是與曲線302的距離312實(shí)質(zhì)相同的總移動距離512。
[0061]代表剛性柱凸塊與表面下金屬化系統(tǒng)之間典型行為性交互作用的曲線501具有類似于力量/距離曲線502某些態(tài)樣然而卻不同于曲線502某些其它態(tài)樣的配置。舉例來說，剛性柱凸塊曲線501具有斜率與曲線502的第二實(shí)質(zhì)線性區(qū)域502B實(shí)質(zhì)相同的實(shí)質(zhì)線性區(qū)域501B、以及具有非線性配置實(shí)質(zhì)如同曲線502的第三非線性區(qū)域502C的區(qū)域501C。另外，曲線501顯示裂縫點(diǎn)531，其處于與曲線502的力量層級522實(shí)質(zhì)相同的力量層級，也具有斜率與曲線502的后裂縫區(qū)域502D實(shí)質(zhì)相同的實(shí)質(zhì)線性后裂縫區(qū)域501D。另一方面，未顯示可與順應(yīng)性柱凸塊曲線502的非線性區(qū)域502A對比的實(shí)質(zhì)非線性曲線區(qū)域。這可指出表示在區(qū)域502A (及圖3的區(qū)域302A)中的初始應(yīng)變硬化效應(yīng)(影響順應(yīng)性柱凸塊的力量/距離響應(yīng))順應(yīng)的未普遍與剛性柱凸塊一同出現(xiàn)。
[0062]因此，由于在曲線501所表示側(cè)向力測試初始部份期間沒有出現(xiàn)非線性應(yīng)變硬化效應(yīng)，剛性柱凸塊/金屬化系統(tǒng)可比具有類似配置的順應(yīng)性柱凸塊/金屬化系統(tǒng)更快地達(dá)到其最大負(fù)載承載層級522 (maximum load carrying level)。更具體地說,如圖5所示，曲線501表示是以小于順應(yīng)性柱凸塊系統(tǒng)中開始有裂縫所需距離512的最大移動距離511而在剛性柱凸塊系統(tǒng)中產(chǎn)生，如曲線502所示。因此，剛性柱凸塊曲線501所代表的數(shù)據(jù)指出所提供的芯片封裝是在芯片回流焊工序之后冷卻并收縮，白色凸塊破壞將更可能出現(xiàn)在那些金屬化系統(tǒng)圍繞或接近異常剛性柱凸塊的區(qū)域中。
[0063]在特定說明性具體實(shí)施例中，本發(fā)明所揭露的慢速側(cè)向力測試可于覆晶封裝之前在特定半導(dǎo)體芯片上實(shí)施，以檢測異常剛性柱凸塊是否存在，其如上所述的異常剛性柱凸塊可比典型順應(yīng)性柱凸塊更可能導(dǎo)致白色凸塊裂縫破壞在表面下金屬化系統(tǒng)中出現(xiàn)。然而，根據(jù)本揭露，可對慢速側(cè)向力測試方法作調(diào)整以使柱凸塊普遍未經(jīng)測試而破壞，亦即，以至于僅檢測剛性柱凸塊的存在，但在測試期間的表面下金屬化系統(tǒng)中并未產(chǎn)生裂縫。
[0064]圖6a將本揭露的一個(gè)說明性具體實(shí)施例圖示，其中慢速側(cè)向力測試可用于檢測在半導(dǎo)體芯片或晶圓602的金屬化系統(tǒng)604之上形成的異常剛性柱凸塊是否存在。如圖6a所示，測試探針602可用于將力量620F強(qiáng)加在柱凸塊603上，其可代表半導(dǎo)體芯片602的多個(gè)柱凸塊603的其中一個(gè)。在特定具體實(shí)施例中，測試探針602可根據(jù)前述慢速測試方法以固定速度(亦即，小于近似0.1微米/秒的測試探針?biāo)俣?沿著路徑621移動用以在各自的柱凸塊603上產(chǎn)生力量620F。另外，為了避免于圖6a中所示的在慢速側(cè)向力測試期間而在柱凸塊603下的金屬化系統(tǒng)604中不經(jīng)意地引發(fā)裂縫，可沿著未實(shí)質(zhì)平行于金屬化系統(tǒng)604的平面的路徑來移動探針620，如同可已用于產(chǎn)生圖3中所示的典型行為性交互作用曲線301與302、以及圖5中所示的曲線501與502 —般。相反地，為了下文概述的理由，可在測試期間將測試探針620沿路徑621移動，而該路徑621可以相對于平面623的實(shí)質(zhì)非零角度622而朝柱凸塊603與金屬化系統(tǒng)604向下成一角度(angle)。應(yīng)了解的是，利用探針620以實(shí)質(zhì)非零角度622在柱凸塊603上強(qiáng)加力量620F時(shí)，僅有力向量620F的第一部份平移至位于柱凸塊603與金屬化系統(tǒng)604之間的接口 640的剪負(fù)載620S及傾覆力矩620M。另一方面，強(qiáng)加在柱凸塊603上的力向量620F的第二部份平移至位于接口 640的壓縮負(fù)載620C。因此，伴隨在側(cè)向力是沿著相對于金屬化系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)平行路徑(請參照舉例來說相對于圖2中平面223的力量220F)予以強(qiáng)加并通常就是這種情況時(shí)減小的傾覆力矩620M及連同另外的壓縮負(fù)載部份620C，金屬化系統(tǒng)604中的局部拉伸應(yīng)力608T至少在側(cè)向力測試的初始部份期間可維持在可能引發(fā)裂縫的應(yīng)力層級之下。
[0065]在本揭露的特定具體實(shí)施例中，柱凸塊603與金屬化系統(tǒng)604的力量/距離行為性交互作用可在側(cè)向力測試期間評估及/或制圖。另外，在至少某些說明性具體實(shí)施例中，所提供經(jīng)測試柱凸塊603的特定行為性交互作用可在實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上對照于異常剛性柱凸塊與典型順應(yīng)性柱凸塊的已知行為性交互作用曲線，舉例來說，預(yù)特征化典型布居(population)的行為性交互作用，諸如可借由圖5中所示的對照用行為性交互作用曲線501與502來表示。另外，由于已表示剛性柱凸塊以顯示從側(cè)向力測試的最開頭的實(shí)質(zhì)線性響應(yīng)(請參照舉例為曲線501的區(qū)域501B)來作為與順應(yīng)性柱凸塊相比的實(shí)質(zhì)非線性初始響應(yīng)(請參照舉例為曲線502的區(qū)域502A)，則快速評定所提供柱凸塊603是否可為異常剛性柱凸塊。在某些具體實(shí)施例中，可接著將柱凸塊/金屬化系統(tǒng)的慢速側(cè)向力測試?yán)^續(xù)，直到至少在半導(dǎo)體芯片602的關(guān)鍵區(qū)域中已將統(tǒng)計(jì)性顯著及/或既定量的柱凸塊603測試。
[0066]在至少某些具體實(shí)施例中，柱凸塊603的修改的慢速側(cè)向力測試(如上所述用于檢測柱凸塊的剛性)可將半導(dǎo)體芯片602安裝在測試夾具(圖未示)上執(zhí)行并致使金屬化系統(tǒng)604的平面623是如圖6a所示的呈實(shí)質(zhì)水平方位，并且其中的測試探針620是以相對于水平面的角度622沿著路徑621向下移動。在特定具體實(shí)施例中，角度622的范圍可介于5°與45°之間，其中所使用的特定角度622可取決于可令金屬化系統(tǒng)604安全曝露而不引發(fā)裂縫的傾覆力矩620M的層級。
[0067]另外，應(yīng)了解的是，由于測試探針620在改進(jìn)型側(cè)向力測試期間沿路徑621的角度622移動，所測試柱凸塊603中所產(chǎn)生的凹口 624可具有實(shí)質(zhì)非對稱配置或外觀，從而將可用于檢測剛性柱凸塊的成角度柱凸塊測試便利地區(qū)別。
[0068]在其它的具體實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片602可如上述安裝在測試夾具(圖未示)上，然而，其中的測試夾具及芯片602可旋轉(zhuǎn)致使金屬化系統(tǒng)604的平面623可如圖6b中所示地相對于水平而呈角度622。在側(cè)向力測試期間，可接著沿與水平面實(shí)質(zhì)對齊的路徑621來移動測試探針620，借由如以上與圖6a所述相關(guān)而于接口 640引發(fā)具有相同相對數(shù)量級的負(fù)載620S、620C及傾覆力矩620M。因此，具相同減小的相對層級的局部拉伸應(yīng)力608T可于圖6a中所示角度而在側(cè)向力測試期間于金屬化系統(tǒng)604中引發(fā)，從而實(shí)質(zhì)避免產(chǎn)生裂縫。
[0069]在本發(fā)明所揭露的某些具體實(shí)施例中，當(dāng)圖6a與6b中所示的改進(jìn)型側(cè)向力測試方法是用于檢測異常剛性柱凸塊而不在半導(dǎo)體芯片的表面下金屬化系統(tǒng)中引發(fā)裂縫破壞時(shí)，有可能采取至少某些補(bǔ)救步驟(remedial steps)以搶修(salvage)內(nèi)含剛性柱凸塊的芯片而無需訴諸于完全廢棄(scrap)芯片。此方式在那些所述半導(dǎo)體芯片是比一般芯片成本相對較高、及/或可準(zhǔn)備用在更魯棒性、關(guān)鍵、精密、及/或高端應(yīng)用的情況下尤具重要性。舉例來說，如上所述，至少部份是起因于可需用于引發(fā)足夠數(shù)量級的負(fù)載以引發(fā)裂縫的較短的柱凸塊位移總量而使剛性柱凸塊比典型順應(yīng)性柱凸塊更有可能在表面下金屬化系統(tǒng)中導(dǎo)致裂縫破壞。亦即，請參照圖5的對照用行為性交互作用曲線501與502，其表示位移距離511 (曲線501)是普遍需用于引發(fā)典型剛性柱凸塊的下金屬化系統(tǒng)中的裂縫，而較大距離512 (曲線502)則普遍需用于引發(fā)典型順應(yīng)性柱凸塊之下的裂縫。因此，可實(shí)施分析以評估半導(dǎo)體芯片上可放置剛性柱凸塊處的特定位置、以及對于是否可預(yù)期那些特定位置在芯片封裝交互作用期間經(jīng)受充份并有可能在表面下金屬化系統(tǒng)中造成裂縫破壞的微差熱膨脹量而實(shí)施的判斷。
[0070]一方面，若任何剛性柱凸塊是設(shè)置于芯片上較不可能出現(xiàn)后續(xù)白色凸塊破壞處的特定點(diǎn)位，則可實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評定以判斷是否可照樣使用芯片。另一方面，若一或多個(gè)剛性柱凸塊是設(shè)置于芯片那些如位于或接近芯片轉(zhuǎn)角等較可能出現(xiàn)凸塊破壞處的區(qū)域中，則可保征進(jìn)行(warrant)另外的分析及/或補(bǔ)救行動，下文將再作說明。
[0071 ] 在那些可在半導(dǎo)體芯片較可能出現(xiàn)白色凸塊缺陷處的區(qū)域中放置剛性柱凸塊的狀況下，可實(shí)施剛性柱凸塊安置處的特定點(diǎn)位之下及周圍的芯片電路布局的分析以判斷芯片的那些區(qū)域是否包含若金屬化層周圍出現(xiàn)凸塊裂縫則可遭到負(fù)面影響的敏感電路組件。若否，則可實(shí)施進(jìn)一步風(fēng)險(xiǎn)評定以判斷照樣使用芯片的可能性。然而，即使可在芯片位于剛性柱凸塊之下的區(qū)域中存在敏感電路組件，仍有可能在對可不需要過度魯棒性的芯片設(shè)計(jì)的較少需求的應(yīng)用中使用芯片。另外，在本揭露的至少某些說明性具體實(shí)施例中，某些剛性柱凸塊可如下文關(guān)于圖7a至7e所述借由改進(jìn)柱凸塊的柔性而修復(fù)，以至于仍有可能如原來意圖或至少在對于原來電路設(shè)計(jì)布局需求所需粘著性較不嚴(yán)格的應(yīng)用中使用芯片。一旦已在半導(dǎo)體芯片的金屬化系統(tǒng)之上檢測到剛性柱凸塊，即可借由增加柱凸塊的柔性來修復(fù)剛性柱凸塊，以至于在芯片封裝熱交互作用期間強(qiáng)加在已修復(fù)柱凸塊上的至少某些面外負(fù)載可由凸塊變形予以吸收。這依次可降低透過柱凸塊接合墊(請參照圖1d)所傳送負(fù)載的數(shù)量級，以及在表面下金屬化系統(tǒng)中減小的局部拉伸應(yīng)力的相應(yīng)層級。因此，可從而降低覆晶封裝期間在一或多個(gè)金屬化層中可出現(xiàn)裂縫的可能性。
[0072]圖7a是根據(jù)本揭露圖示而可用于修復(fù)剛性柱凸塊的說明性方法的一個(gè)具體實(shí)施例。如圖7a所示，柱凸塊修復(fù)裝置720可用于沿著各自的剛性柱凸塊703的一側(cè)部703A形成多個(gè)應(yīng)變接收凹口，如凹口 725a至725d，其可對剛性柱凸塊703提供一定程度類似彈簧的柔性。可借由使剛性柱凸塊703與柱凸塊修復(fù)裝置720的尖端720P(tip)接觸，以形成應(yīng)變減輕凹口 725a 至 725d (strain-relieving notches),從而于每一個(gè)凹口 725a 至 725d的位置強(qiáng)加高到足以使凸塊703局部變形的力量720F。在某些說明性具體實(shí)施例中，柱凸塊修復(fù)裝置720可沿著實(shí)質(zhì)平行于金屬化系統(tǒng)704的平面723的路徑721移動，即便應(yīng)了解的是也可使用非平行路徑，也就是說，端視所需額外的柱凸塊柔性的程度而定。
[0073]在某些揭露的具體實(shí)施例中，柱凸塊修復(fù)裝置720的路徑721可與指向半導(dǎo)體芯片702近似中心702C (請參照圖7c)的徑向向量702V(radial vector)實(shí)質(zhì)對齊，以至于應(yīng)力減輕凹口 725a至725d(stress-relieving notches)可在覆晶封裝期間沿著在芯片702上所強(qiáng)加的最大面外負(fù)載的路徑來定向(orient)。請參照圖1c中所示及以上所述的力向量102F。根據(jù)以上概述步驟形成的應(yīng)力減輕凹口 725a至725d因而可位于沿著朝實(shí)質(zhì)遠(yuǎn)離半導(dǎo)體芯片702近似中心702C為方向的剛性柱凸塊的側(cè)部703A并實(shí)質(zhì)朝向相當(dāng)于柱凸塊703拉伸負(fù)載側(cè)(tensile load side)的芯片702外圍(未在圖7a中表示)定向。請參照舉例來說圖2中所示的局部拉伸應(yīng)力208T。舉例來說，在至少某些具體實(shí)施例中，凹口725a至725d可沿著與側(cè)部703A呈實(shí)質(zhì)垂直對齊來定位。因此，凹口 725a至725d由于傾向于在柱凸塊703的拉伸負(fù)載側(cè)提供額外凸塊柔性而可在下文中稱為拉伸應(yīng)變減輕凹口。
[0074]沿著剛性柱凸塊703的側(cè)部703A所形成拉伸應(yīng)變減輕凹口的實(shí)際數(shù)量、以及每一個(gè)各自的凹口的深度都可取決于所論已修復(fù)柱凸塊可需要額外柔性的程度。舉例來說，設(shè)置于如離芯片中心最遠(yuǎn)的位置(請參照舉例為圖1c中所示在芯片102的轉(zhuǎn)角區(qū)域102E)之類的半導(dǎo)體芯片出現(xiàn)較大量微差熱膨脹處的區(qū)域中的剛性柱凸塊可需要較大程度的額外柱凸塊柔性，并且從而可包括更多/及或更深的應(yīng)變減輕凹口。類似地，可設(shè)置于金屬化系統(tǒng)并內(nèi)含敏感或關(guān)鍵電路組件的區(qū)域之上或附近的剛性柱凸塊也可需要較大的添增柔性(added flexibility)以便降低可在那些區(qū)域出現(xiàn)裂縫從而必需有更多及/或更深凹口的可能性。
[0075]圖7b圖示用于提升圖7a中所示剛性柱凸塊703柔性的另一示例性方法，其中如凹口 726a至726c之類的額外應(yīng)變減輕凹口可在剛性柱凸塊703的第一側(cè)部703 (相對如上所述初始應(yīng)變減輕凹口 725a至725d可已形成處)A的對向側(cè)部703B (opposite side)上形成。如圖7b所示，可借由沿著以上關(guān)于圖7a所述的相同路徑721實(shí)質(zhì)移動柱凸塊修復(fù)裝置720來形成凹口 726a至726c，以便在每一個(gè)額外凹口 726a至726c的位置處強(qiáng)加使剛性柱凸塊703局部變形的力量720F。然而，如圖7b所示，柱凸塊修復(fù)裝置720是以相對于剛性柱凸塊703的對向方向移動，以至于尖端720P在對立于側(cè)部703A的對向側(cè)部703B上接觸剛性柱凸塊703。因此，在至少某些具體實(shí)施例中，應(yīng)力減輕凹口 726a至726c可朝向半導(dǎo)體芯片702的近似中心702C (請參照第圖7c)并遠(yuǎn)離相當(dāng)于柱凸塊703的壓縮負(fù)載側(cè)的芯片702的周邊(圖未示)實(shí)質(zhì)定向。請參照舉例為圖2中所示的局部壓縮應(yīng)力208C。再者，如同上述凹口 725a至725d，在特定說明性具體實(shí)施例中，也可沿著與剛性柱703的側(cè)部703B實(shí)質(zhì)垂直對齊以安置凹口 726a至726c。因此，凹口 726a至726c由于可傾向于在柱凸塊703的壓縮負(fù)載側(cè)提供額外凸塊柔性而可在下文中稱為壓縮性應(yīng)變減輕凹口。另夕卜，并同如上所述，在朝半導(dǎo)體芯片702的近似中心702C定向的側(cè)部703B上所形成的壓縮性應(yīng)變減輕凹口(如凹口 726a至726c)的實(shí)際數(shù)量及深度可視在已實(shí)施上述修復(fù)改進(jìn)之后需要針對剛性柱凸塊703所想要的最終柔性來調(diào)整。
[0076]在某些說明性具體實(shí)施例中，上述應(yīng)變減輕凹口至少其中一個(gè)的位置以及所形成凹口深度可受限于至少與所提供柱凸塊相關(guān)的一特定設(shè)計(jì)參數(shù)。舉例來說，本發(fā)明所述應(yīng)變減輕凹口的存在就至少某程度上可縮減已修復(fù)柱凸塊的剖面區(qū)域。如此，在特定具體實(shí)施例中，可限制凹口深度以避免增大已修復(fù)柱凸塊中的電流密度，從而將任何可導(dǎo)因于剖面區(qū)域縮減的電子遷移效應(yīng)避免或至少最小化。類似地，基于相同理由，由于柱凸塊內(nèi)的電流密度在那些區(qū)域中可為最高，故也可限制所提供應(yīng)變減輕凹口對已修復(fù)柱凸塊頂部或底部的接近性(proximity)。
[0077]圖7c圖示圖7a及7b中所示剛性柱凸塊703的平面圖，其進(jìn)一步描述本發(fā)明所揭露剛性柱凸塊修復(fù)方法的說明性具體實(shí)施例。在特定具體實(shí)施例中，如套環(huán)狀(collar-shaped)支撐裝置及諸如此類的柱凸塊支撐裝置730可用于讓用于在剛性柱凸塊703中形成每一個(gè)應(yīng)變減輕凹口的力量702F實(shí)質(zhì)免于造成在柱凸塊側(cè)向力測試期間常出現(xiàn)的柱凸塊位移的類型。請參照舉例為圖3的力量/距離曲線301與302，及圖5的力量/距離曲線501與502。
[0078]在操作時(shí)，柱凸塊支撐裝置730可位在相鄰于剛性柱凸塊703而使柱凸塊支撐裝置730的接觸表面730S與剛性柱凸塊703的至少一部份實(shí)質(zhì)接觸。在特定具體實(shí)施例中，借由適當(dāng)?shù)墓ぞ?圖未示)可在柱凸塊修復(fù)工序期間使柱凸塊支撐裝置730定位在與剛性柱凸塊703正利用柱凸塊修復(fù)裝置720形成應(yīng)變減輕凹口處相對的對向側(cè)部上。舉例來說，當(dāng)拉伸應(yīng)變減輕凹口 725a至725d正沿著剛性柱凸塊703遠(yuǎn)離半導(dǎo)體芯片702的近似中心702C所定向的側(cè)部703A形成時(shí)，可在柱凸塊703的對向側(cè)部703B上安置柱凸塊支撐裝置730。類似地，當(dāng)壓縮性應(yīng)變減輕凹口 726a至726d正沿著朝向近似中心702C所定向的剛性柱凸塊703的側(cè)部形成時(shí)，可在對向側(cè)部703A上安置柱凸塊支撐裝置730。依此方式，凹口產(chǎn)生力720F將普遍不傳送到表面下金屬化系統(tǒng)704內(nèi)(請參照舉例為圖2、6a及6b)，反而卻以借由柱凸塊支撐裝置730在剛性柱凸塊703上強(qiáng)加的反作用力730F予以抵抗。因此，圖7c中所示的修復(fù)系統(tǒng)將在上述柱凸塊修復(fù)工序期間將實(shí)質(zhì)是處于力平衡，并且可實(shí)質(zhì)避免可借由力量720F而在金屬化系統(tǒng)704中產(chǎn)生裂縫的可能性。
[0079]在某些具體實(shí)施例中，柱凸塊支撐裝置730至少有一部份可具有實(shí)質(zhì)符合剛性柱凸塊703形狀的形狀，以至于其可從而在本發(fā)明所述柱凸塊修復(fù)工序期間提供適當(dāng)?shù)闹?。舉例來說，當(dāng)剛性柱凸塊703具有如圖7c所示的實(shí)質(zhì)圓柱狀時(shí)，適應(yīng)于接觸柱凸塊703的柱凸塊支撐裝置730的部份可具有實(shí)質(zhì)類似的圓柱狀。在此等具體實(shí)施例中，柱凸塊支撐裝置730可為舉例為圖7c中所不的如空心圓柱半部(half of a hollow cylinder)等空心圓柱的一部份。然而，由于也可使用其它配置或形狀，應(yīng)了解圖7c中所示的半部空心圓柱配置僅供描述用途，如上所述，只要有提供必要程度的支撐即可。另外，柱凸塊支撐裝置730也可由任何能夠提供適當(dāng)程度的支撐，及實(shí)質(zhì)未對已修復(fù)柱凸塊703產(chǎn)生任何額外表面損害(damage)的適當(dāng)材料所制成。僅經(jīng)由實(shí)施例，柱凸塊支撐裝置730可由如橡膠及諸如此類的彈性(resilient)墊圈狀材料所制成，即便應(yīng)了解的是其它較硬及較軟的材料也可在本揭露的精神及范疇內(nèi)使用也是這樣。
[0080]在特定具體實(shí)施例中，用于形成應(yīng)力減輕凹口 725a至725d及/或726a至726c的柱凸塊修復(fù)裝置720可為舉舉例為本發(fā)明所述的測試探針220或620而可用于實(shí)施側(cè)向力測試的測試探針。在其它具體實(shí)施例中，柱凸塊修復(fù)裝置720可為專業(yè)工具致使尖端720P包括有特定的尖端輪廓，下文將與圖7d及7e關(guān)連來作進(jìn)一步說明。
[0081]在上述柱凸塊修復(fù)工序期間，圍繞任何如圖7a及7b中所示內(nèi)側(cè)尖端725P及/或726P等所提供的應(yīng)變減輕凹口的內(nèi)側(cè)尖端的柱凸塊的材料是隨著各自的凹口凹痕的形成而可變得應(yīng)變硬化。另外，隨著柱凸塊修復(fù)裝置720上尖端720P的形狀接近較尖銳點(diǎn)，可增加凹口變形過程期間所引發(fā)的應(yīng)變硬化量。如上所述，用于實(shí)施側(cè)向力測試以檢測剛性柱凸塊的測試探針(如圖6a及6b中所示的測試探針620)有時(shí)也可用于在柱凸塊修復(fù)工序期間形成應(yīng)變減輕凹口。然而，在那些其中用于檢測剛性柱凸塊的測試探針可包括實(shí)質(zhì)點(diǎn)狀(pointed)尖端720P的說明性具體實(shí)施例中，包括在凹口形成期間未引發(fā)此大程度應(yīng)變硬化的尖端720P的柱凸塊修復(fù)裝置反而可在柱凸塊修復(fù)工序期間使用，如下文所述。
[0082]圖7d是在圖7a及7b的剛性柱凸塊703中形成拉伸應(yīng)變減輕凹口 725a至725d的近視圖。如圖7d所示，柱凸塊修復(fù)裝置720的尖端720P可包括弧形角輪廓720R(radiusedcontour)，其可接著用于形成一或多個(gè)具有內(nèi)側(cè)凹口尖端725P的凹口 725a至725d，內(nèi)側(cè)凹口尖端725P具有實(shí)質(zhì)如同弧形角720R(radius)的半圓角輪廓725R?；⌒谓羌舛税伎?725a至725d因而可在剛性柱凸塊703的周圍材料中造成較低的整體程度的應(yīng)變硬化，從而某種程度提高借由上述柱凸塊修復(fù)工序增加至柱凸塊703的柔性量。另外，應(yīng)了解的是，當(dāng)剛性柱凸塊703的另一側(cè)上也形成如圖7b及7c中所示壓縮性應(yīng)變減輕凹口 726a至726c之類的應(yīng)變減輕凹口時(shí)，也可使用包括呈弧形角輪廓720R的尖端720P的柱凸塊修復(fù)裝置720，以降低可于凹口形成期間在那些位置中造成材料應(yīng)變硬化的程度。
[0083]在本發(fā)明所述其它說明性具體實(shí)施例中，包括呈弧形角輪廓720R的尖端720P的柱凸塊修復(fù)裝置720也可用于降低應(yīng)變硬化程度，該應(yīng)變硬化程度是已在將任何可已使用的包括有實(shí)質(zhì)尖點(diǎn)狀尖端的測試探針?biāo)纬傻陌伎趪@的區(qū)域內(nèi)引發(fā)。舉例來說，如圖7e所示，圖7d中所示的弧形角尖端柱凸塊修復(fù)裝置720可用于調(diào)整先前形成的凹口 724外形，該凹口 724在凹口尖端724T的內(nèi)側(cè)具有實(shí)質(zhì)尖點(diǎn)狀的外形(profile)，以至于調(diào)整過的凹口 727外形可具有與柱凸塊修復(fù)裝置720上尖端720P的弧形角輪廓720R匹配的呈弧形角輪廓727R的內(nèi)側(cè)凹口尖端727P。另外，在至少某些具體實(shí)施例中，正用于檢測剛性柱凸塊是否存在時(shí)的側(cè)向力測試所提供柱凸塊內(nèi)所形成的任何凹口的外形(如圖6a及6b中所示柱凸塊603內(nèi)的凹口 624的外形)可使用如包括呈弧形角輪廓720R的尖端720P的裝置720之類的弧形角尖端柱凸塊修復(fù)裝置而以類似方式調(diào)整。
[0084]圖8圖示對照用柱凸塊/金屬化系統(tǒng)的行為性交互作用曲線801與802，其中曲線801已描繪成在半導(dǎo)體芯片或晶圓的BEOL金屬化系統(tǒng)中的異常弱點(diǎn)位置之上形成的柱凸塊的行為性交互作用曲線，而曲線802則描繪成代表性柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置的典型對照用行為性交互作用曲線。如圖8所示，對照用行為性交互作用曲線802包括實(shí)質(zhì)如同各自在圖3及5中所示典型對照用力量/距離行為性交互作用曲線302及502的配置。更具體地說，曲線802顯示出舉例為應(yīng)變硬化的初始非線性區(qū)域802A(相關(guān)于區(qū)域302A/502A)、第二實(shí)質(zhì)線性區(qū)域802B (相關(guān)于區(qū)域302B/502B)、第三非線性區(qū)域802C (相關(guān)于區(qū)域302C/502C)、裂縫點(diǎn)832(相關(guān)于裂縫點(diǎn)332/532)、以及實(shí)質(zhì)線性后裂縫區(qū)域802D(相關(guān)于區(qū)域302D/502D)。另外，應(yīng)了解的是，裂縫點(diǎn)832出現(xiàn)于與曲線302/502的力量層級322/522具有實(shí)質(zhì)相同的數(shù)量級的力量層級822、及具有與曲線302/502的距離312/512實(shí)質(zhì)相同的數(shù)量級的總移動距離812。
[0085]如上所述描繪成已在BEOL金屬化系統(tǒng)的異常弱點(diǎn)位置之上形成的柱凸塊的代表性行為性交互作用的曲線801已包括類似于典型力量/距離曲線802的某些態(tài)樣然而卻不同于曲線802某些其它態(tài)樣的配置。舉例來說，如圖8所示，曲線801具有緊隨典型對照用力量/距離行為性交互作用曲線802的初始非線性區(qū)域802A的形狀的實(shí)質(zhì)非線性初始801A (substantially non-linear initial)。另外，曲線 801 具有線性區(qū)域 801B (具有實(shí)質(zhì)如同曲線802的第二實(shí)質(zhì)線性區(qū)域802B的斜率)并進(jìn)一步緊隨曲線802而向上達(dá)到近似轉(zhuǎn)移點(diǎn)861 (approximate transition point)(表示在代表性柱凸塊上具有數(shù)量級851的側(cè)向力820F及包括數(shù)量級841的移動距離820D。
[0086]然而，于近似轉(zhuǎn)移點(diǎn)861已達(dá)到實(shí)質(zhì)線性響應(yīng)區(qū)域801B末端之后，曲線801轉(zhuǎn)移到實(shí)質(zhì)非線性響應(yīng)區(qū)域801C內(nèi)，其具有與曲線802的第三非線性區(qū)域802C實(shí)質(zhì)類似的非線性配置，即使是出現(xiàn)在力量820F下方區(qū)域以及移動距離820D的較短區(qū)域也是這樣。舉例來說，如圖8所示，并對照用行為性交互作用曲線802所顯示，介于區(qū)域802B與802C之間并到達(dá)非線性轉(zhuǎn)移點(diǎn)862 (發(fā)生于側(cè)向力數(shù)量級852處，該側(cè)向力量級852對于曲線801之轉(zhuǎn)移點(diǎn)861是以數(shù)量853而大于側(cè)向力量級851)。在一具體實(shí)施例中，力量852可大于力量851大約10%至50%。另外，轉(zhuǎn)移點(diǎn)862也出現(xiàn)于以數(shù)量843大于移動距離841的移動距離842，移動距離841對于曲線801是表示于轉(zhuǎn)移點(diǎn)861。在一實(shí)施例中，距離842可大于距離841大約5%至35%。
[0087]曲線801進(jìn)一步指出裂縫最后將發(fā)生在異常弱的BEOL位置處(在兩個(gè)都各自低于針對曲線802所繪的典型柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置所指的各自數(shù)值的力量層級820F及移動距離820D)。更具體地說，曲線801顯示具有數(shù)量級821的力量層級820F的裂縫點(diǎn)831是以數(shù)量823而出現(xiàn)于力量層級820的數(shù)量級822，而該數(shù)量級822是在典型柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置中啟始裂縫(指出為裂縫點(diǎn)832)所需要的。類似地，根據(jù)曲線801，側(cè)向力測試期間在弱的BEOL金屬化系統(tǒng)中用以啟始裂縫的總移動距離820D是具有以數(shù)量813而小于曲線802的相應(yīng)數(shù)量級812的數(shù)量級811。因此，力量/距離響應(yīng)曲線801與802的比較證實(shí)典型柱凸塊(舉例來說，如前所述的順應(yīng)性柱凸塊)所構(gòu)成的系統(tǒng)配置將普遍顯示出:至少往上達(dá)到一點(diǎn)及共通的力量/距離行為性交互作用響應(yīng)，而無關(guān)于柱凸塊是否設(shè)置于異常弱的BEOL金屬化系統(tǒng)位置的附近或之上。然而，當(dāng)所測試柱凸塊是設(shè)置于前述異常弱的BEOL位置之上或附近時(shí)，所測試柱凸塊的行為性交互作用曲線將以通常對典型柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置所期待的較低側(cè)向力層級及移動距離而從實(shí)質(zhì)線性響應(yīng)轉(zhuǎn)移到實(shí)質(zhì)非線性。此類柱凸塊/金屬化系統(tǒng)行為性交互作用因而可用在某些用以在代表性半導(dǎo)體芯片或晶圓上實(shí)施額外側(cè)向力測試的實(shí)例中，以便檢測所提供的金屬化系統(tǒng)中是否出現(xiàn)異常弱的BEOL位置。
[0088]在特定的說明性具體實(shí)施例中，如本發(fā)明所揭露的慢速側(cè)向力測試可在覆晶封裝之前在特定半導(dǎo)體芯片的柱凸塊上實(shí)施，以便檢測表面下金屬化系統(tǒng)中異常弱的BEOL位置的存在，其如上述則可更可能導(dǎo)致白色凸塊裂縫的出現(xiàn)。然而，正如上述可用于檢測異常剛性柱凸塊存在的側(cè)向力測試(請參照舉例為圖6a與6b及相應(yīng)的說明)，則可將慢速側(cè)向力測試架構(gòu)調(diào)整，以至于使柱凸塊未因測試而到達(dá)破壞，亦即，以至于僅檢測弱的BEOL位置的存在而未在測試期間于表面下金屬化系統(tǒng)中產(chǎn)生裂縫。
[0089]圖9a圖示本揭露的一說明性具體實(shí)施例，其中慢速側(cè)向力測試可用于檢測半導(dǎo)體芯片或晶圓902的金屬化系統(tǒng)904的所形成的異常剛性柱凸塊的存在。如圖第9a所示，測試探針920可用于將力量920F強(qiáng)加在其可表示半導(dǎo)體芯片902的多個(gè)柱凸塊903的其中一個(gè)的柱凸塊903上。在特定具體實(shí)施例中，測試探針920可根據(jù)前述慢速測試方法而以固定速度(也就是說，小于大約0.1微米/秒的測試探針?biāo)俣?沿著路徑921移動，以便在各自的柱凸塊903上產(chǎn)生力量920F。另外，為了增強(qiáng)在圖9a中所示的在慢速側(cè)向力測試期間于表面下柱凸塊903的金屬化系統(tǒng)904中檢測弱的BEOL位置的能力，隨著可已用于產(chǎn)生圖3中所示的典型行為性交互作用曲線301與302、以及圖8中所示的曲線801與802，可不沿著實(shí)質(zhì)平行于金屬化系統(tǒng)904的平面923的路徑來移動。并反而為了底下概述的理由，測試期間移動測試探針920所沿的路徑921可以相對于平面923的實(shí)質(zhì)非零角度922來形成角度，以至于測試探針920的尖端920P是以普遍向上傾斜地接觸柱凸塊903。
[0090]應(yīng)了解的是，以實(shí)質(zhì)非零角度922來利用探針920在柱凸塊903上強(qiáng)加力量920F時(shí)，力向量920F的僅第一部份平移到位處介于柱凸塊903與金屬化系統(tǒng)904之間的接口940的剪切負(fù)載920S及傾覆力矩920M。另一方面，柱凸塊903上所強(qiáng)加力向量920F的第二部份平移到位處接口 940的拉伸負(fù)載920T。在此負(fù)載配置中，對照于沿著相對于金屬化系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)平行路徑(請參照舉例為相對于圖2中平面223的力量220F的路徑212)所強(qiáng)加側(cè)向力時(shí)典型出現(xiàn)的負(fù)載配置，柱凸塊903上導(dǎo)因于傾覆力矩920M及額外拉伸負(fù)載部份920T、金屬化系統(tǒng)904中局部拉伸應(yīng)力908T的組合的總上拔負(fù)載可高于一般預(yù)期。依此方式，當(dāng)金屬化系統(tǒng)904中異常弱的BEOL位置之上或附近安置所測試柱凸塊903時(shí)，從實(shí)質(zhì)線性到實(shí)質(zhì)非線性行為響應(yīng)是如介于圖8中對照用行為性交互作用曲線802的區(qū)域802B與802C之間的轉(zhuǎn)移點(diǎn)861之類的轉(zhuǎn)移點(diǎn)可用這種方式(might otherwise be the case)而將比預(yù)期更快出現(xiàn)，從而增強(qiáng)弱點(diǎn)位置檢測。
[0091]在本揭露的特定具體實(shí)施例中，可在側(cè)向力測試期間將柱凸塊903及金屬化系統(tǒng)904的力量/距離行為性交互作用評估及/或繪制。另外，在至少某些說明性具體實(shí)施例中，對于異常弱的BEOL位置之上形成的柱凸塊及典型柱凸塊/金屬化系統(tǒng)，所提供測試柱凸塊903的特定行為性交互作用可在實(shí)時(shí)對照于已知行為性交互作用曲線的基礎(chǔ)上，(舉例來說，既定特征化典型布居的行為性交互作用)，而可借由圖8中所示的對照用行為性交互件用曲線801與802表示。另外，由于弱的BEOL位置之上形成的柱凸塊已表示用于對照于典型柱凸塊/金屬化系統(tǒng)配置中的相同轉(zhuǎn)移(請參照曲線802的近似轉(zhuǎn)移點(diǎn)862)而顯示在側(cè)向力測試期間從實(shí)質(zhì)線性響應(yīng)到實(shí)質(zhì)非線性響應(yīng)的較快轉(zhuǎn)移(請參照舉例為曲線801的轉(zhuǎn)移點(diǎn)861)，以有可能地將所提供柱凸塊903是否可在BEOL金屬化系統(tǒng)904內(nèi)的異常弱點(diǎn)位置之上形成作快速評定。
[0092]舉例來說，當(dāng)強(qiáng)加在柱凸塊903上的力量920F、或在側(cè)向力測試期間測試探針920所移動的距離是通過已知造成弱的BEOL位置(請參照圖8)之上所形成的柱凸塊上所實(shí)施的測試中的早期線性向非線性行為性響應(yīng)轉(zhuǎn)移的層級時(shí)，則可表明所測試柱凸塊903是未設(shè)置于異常弱的BEOL位置之上或附近。另一方面，稍后的力測試期間的早期線性/非線性轉(zhuǎn)移可表明柱凸塊903之下BEOL金屬化系統(tǒng)904中的弱點(diǎn)位置。無關(guān)于是否已在上述側(cè)向力測試期間檢測弱的BE0L，一旦力量920F或測試采針920所移動的距離已通過一范圍(其內(nèi)普遍已知出現(xiàn)線性/非線性轉(zhuǎn)移點(diǎn))，即可在表面下金屬化層系統(tǒng)中引發(fā)裂縫之前中止測試。另外，應(yīng)了解的是，在特定說明性具體實(shí)施例中，如圖7c中所示并且以以上所述的柱凸塊支撐裝置730之類適用的側(cè)向支撐裝置可用于在上述測試期間降低柱凸塊903上所強(qiáng)加彎曲負(fù)載的量級。
[0093]在至少某些具體實(shí)施例中，如上所述用于檢測剛性柱凸塊的柱凸塊903的改進(jìn)型慢速側(cè)向力測試可隨著半導(dǎo)體芯片920安裝在測試夾具(圖未示)上而實(shí)施，以使金屬化系統(tǒng)904的平面923處于實(shí)質(zhì)水平的方位，如圖9中所示，以及其中測試探針920是以相對于水平面為向上成一角度的角度922而沿著路徑921移動。在特定具體實(shí)施例中，角度922的范圍可介于大約5°與45°之間，其中所使用的特定角度922可取決于可針對所測試特定半導(dǎo)體芯片920及金屬化系統(tǒng)904所想要的弱的BEOL位置來檢測增強(qiáng)的程度。另外，應(yīng)了解的是，由于沿著測試探針920在改進(jìn)型側(cè)向力測試期間移動的路徑921的角度922，在所測試柱凸塊903中產(chǎn)生的凹口 924可具有實(shí)質(zhì)非對稱配置或外觀，從而輕易地將可用于檢測異常弱的BEOL位置的成角度柱凸塊測試區(qū)別。
[0094]在其它具體實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片902可如前所述予以安裝在測試夾具(圖未示)上，然而，其中測試夾具及芯片902可旋轉(zhuǎn)以使得金屬化系統(tǒng)904的平面923是相對于水平而呈角度922，如圖9b中所示。在側(cè)向力測試期間，測試探針920接著可沿著與水平面實(shí)質(zhì)對齊的路徑921移動，從而如以上與圖9a所述相關(guān)地在接口 940引發(fā)具有相同相對數(shù)量級的負(fù)載920S、920T以及傾覆力矩920M。因此，在圖9b中所示的成角度側(cè)向力測試期間，可在金屬化系統(tǒng)904中引發(fā)具有相同增強(qiáng)層級的局部拉伸應(yīng)力908T，從而實(shí)質(zhì)增強(qiáng)金屬化系統(tǒng)904中異常弱的BEOL位置的檢測。
[0095]在某些具體實(shí)施例中，至少可接著繼續(xù)本發(fā)明所揭露的柱凸塊/金屬化系統(tǒng)的慢速側(cè)向力測試，直到已取決于實(shí)施測試的特定理由而至少在半導(dǎo)體芯片902的那些可關(guān)注區(qū)域中將顯著及/或既定數(shù)量的測試柱凸塊903統(tǒng)計(jì)。舉例來說，在特定說明性具體實(shí)施例中，上述弱的BEOL位置的檢測測試可用于評估特定金屬化系統(tǒng)布局的魯棒性。取決于弱點(diǎn)位置檢測測試的結(jié)果，特定芯片布局可照意圖使用的應(yīng)用，可視需要來調(diào)整布局以在某些或所有檢測出弱點(diǎn)位置的周圍處排除及/或設(shè)計(jì)，或特定布局可針對較不魯棒性的應(yīng)用予以分類并其后照常用于較不關(guān)鍵或需求較少的應(yīng)用。
[0096]在某些其它具體實(shí)施例，對于異常弱的BEOL位置的測試可用于評估所提供金屬化系統(tǒng)配置中特定介電材料的性能，或評估高度比例化(highly scaled)新裝置世代中所用新介電材料的相對性能。在又一其它具體實(shí)施例中，弱點(diǎn)位置測試可當(dāng)作質(zhì)量控制工具以對于覆晶接合及裝配就緒(readiness)來預(yù)測試晶粒，用以在后端工序制造階段中評估工序偏移(process excursions)及/或工序漂移、或用以評估制造線的總體健康(舉例來說，工具及/或基板清潔度、以及諸如此類)。
[0097]由于在如上所述的異常弱的BEOL位置測試期間測試探針920是以相對金屬化系統(tǒng)904的平面923為角度922的普遍上斜來接觸柱凸塊903，測試探針920的尖端920P有時(shí)可能在開始形成凹口 924之前移動或滑過柱凸塊903的外表面903S。因此，在本揭露的某些說明性具體實(shí)施例中，測試探針920的尖端920P可適應(yīng)(adapt)，以至于其可抓取或挖入柱凸塊903的表面903S而非如上所述地滑過表面903S，從而可在金屬化系統(tǒng)904中出現(xiàn)針對弱的BEOL位置提供更一致的可重復(fù)檢測測試。圖9c至91描繪出可根據(jù)圖9a及9b中所示的一或多個(gè)測試配置(用于測試柱凸塊903的測試探針尖端920P的各種說明性具體實(shí)施例)，下文將作進(jìn)一步說明。
[0098]圖9c是說明測試探針920的尖端920P的一其中一個(gè)具體實(shí)施例的側(cè)立視圖，以及圖9d是表示順著圖9c中所示「9d至9d」的測試探針920的平面圖。如圖9c及9d所示，測試探針920的尖端920P可包括定義為夾角950A (included angle)的椎形頂部表面950以至于尖端920P形成似整楔狀960W(chisel-like wedge shape)。在至少某些具體實(shí)施例中，夾角950A的范圍可為30°至40°的等級，即便可使用其它角度也是這樣。另外，在某些具體實(shí)施例中，可視需要調(diào)整夾角950A以便提供必要程度的尖銳度，舉例來說，以至于尖端920P的楔狀960W抓取或挖入所測試柱凸塊903的表面903S (請參照圖9a及9b)而實(shí)質(zhì)未移動或滑動。此外，也可在測試探針920及柱凸塊903的特定材料的基礎(chǔ)上調(diào)整夾角950A，以將重復(fù)柱凸塊測試期間對楔狀960W的過度變形或其它破壞量最小化。
[0099]圖9e及9f描述包括形成楔狀960W的尖端920P的測試探針920的另一說明性具體實(shí)施例，其中尖端920P也可包括與錐形頂部表面950形成夾角950A的錐形底部表面951。在某些具體實(shí)施例中，夾角950A可為大約30°至40°，即使可視需要而可將夾角950A調(diào)整至其它特定角度，以便提供必要程度的尖端銳度、及/或?qū)⒅貜?fù)柱凸塊測試期間對楔狀960W的過度變形或其它破壞量最小化亦然，如前所述。
[0100]圖9g及9h描述包括實(shí)質(zhì)類似于圖9e及9f中所示尖端配置的尖端920P的又一說明性測試探針920-也就是說，包括形成楔狀960W的錐形頂部與底部表面950與951，以及其中尖端920P也包括多個(gè)垂直定向鋸齒970V。如圖9f中所示測試探針920的平面圖所示，垂直定向鋸齒970在至少某些具體實(shí)施例中可延伸并越過楔狀960W的全寬。在其它具體實(shí)施例中(圖未示)，鋸齒970V可實(shí)質(zhì)置中于尖端920P上(每一側(cè)的附近具有楔狀960W的鋸齒部份)，其中鋸齒970是群集(group)在具有非鋸齒中心部位的尖端920P兩旁(either side)附近。另外，正如形成楔狀970W的頂部與底部表面950的夾角950A，可視需要調(diào)整垂直定向鋸齒970V的尺寸及形狀，以便將尖端920P可在其與所測試柱凸塊903側(cè)部903S初始接觸期間滑動的可能性降低(舉例來說，以至于尖端920P可更牢固地咬合或緊夾柱凸塊903)，同時(shí)也實(shí)質(zhì)將對鋸齒970V變形及/或損害的可能性降低。
[0101]圖9i及9j表示包括尖端920P的測試探針920的又一說明性配置，該尖端920P可用于將測試探針920未在尖端920P初始咬合各自的所測試的柱凸塊903的表面903S時(shí)滑動的可能性實(shí)質(zhì)降低。在某些具體實(shí)施例中，尖端可包括頂部與底部錐形表面950，其如以上先前關(guān)于圖9c至9f所述的而包括有夾角950A。然而，如圖9i及9j中所示的說明性具體實(shí)施例所示，尖端920P可具有包括有多個(gè)實(shí)質(zhì)水平定向鋸齒970H的實(shí)質(zhì)截短或扁平表面960F。另外，在某些具體實(shí)施例中，測試探針920的尖端920P也可包括錐形側(cè)部表面952，其具有夾角952A，如圖9j所示。取決于與特定弱的BEOL位置測試相關(guān)的參數(shù)，如柱角材料、測試探針材料、金屬化系統(tǒng)配置、以及諸如此類，夾角952A的范圍可為大約20°至40°，即便應(yīng)了解的是，也可使用其它角度亦然，如先前關(guān)于上述夾角950A所述。應(yīng)了解如圖9c至9g中所示具體實(shí)施例之類的上述先前所揭露的任何一具體實(shí)施例皆可類似地包括如圖9j中所示的錐形側(cè)部表面951。同樣地如前所述，可在各種柱凸塊參數(shù)及測試需要的基礎(chǔ)上視需要調(diào)整夾角950A與952A、以及水平定向鋸齒970H的數(shù)目與尺寸。
[0102]圖9k與91描繪測試探針920的進(jìn)一步說明性具體實(shí)施例，其中測試探針920的尖端920P可包括實(shí)質(zhì)扁平表面960F。在某些具體實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)扁平表面960F可依垂直及水平方向而呈鋸齒狀，以使得尖端920P是由包括實(shí)質(zhì)金字塔狀的多個(gè)齒件970T(teeth)所構(gòu)成，并且該尖端920P可適應(yīng)以抓取或挖入所測試柱凸塊903的表面903S內(nèi)(請參照圖9a及9b)，而非如上所述地滑越表面903S。另外，也應(yīng)了解的是，也可在舉例為圖9i與9j中所示及上述說明性具體實(shí)施例的截短或扁平表面960F上使用圖9k與91中所示的雙鋸齒/金字塔形齒件配置。
[0103]由于前述，本揭露提供可用于測試并評估BEOL金屬化系統(tǒng)的金屬化層及形成于其上的柱凸塊的各種方法及系統(tǒng)。
[0104]以上所揭露的特殊具體實(shí)施例僅屬說明性質(zhì)，正如本發(fā)明可以熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員所清楚明白的不同而等效的方式來改進(jìn)并實(shí)踐而具有本發(fā)明的指導(dǎo)利益。舉例來說，前述工序步驟可用不同順序?qū)嵤?。另外，除了作為以上?quán)利要求中所述，對于本發(fā)明所示構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)是并無限制的用意。因此，以上所揭露的特殊具體實(shí)施例可改變或改進(jìn)并且所有此等變化皆視為在本發(fā)明的范圍及精神內(nèi)是明顯的。因此，本發(fā)明所企圖的保護(hù)是如以上權(quán)利要求書中所提。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，其包含: 將相鄰于在半導(dǎo)體芯片的金屬化系統(tǒng)上方形成的柱凸塊的側(cè)部的測試探針定位；以及 在以小于近似I微米/秒的實(shí)質(zhì)固定速度移動該測試探針的同時(shí)，借由使該柱凸塊的該側(cè)部與該測試探針接觸而在該柱凸塊上實(shí)施側(cè)向力測試。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于移動該測試探針包含在該側(cè)向力測試期間將該測試探針沿著實(shí)質(zhì)平行于該金屬化系統(tǒng)的平面所定向(orient)的路徑移動。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于移動該測試探針包含在該側(cè)向力測試期間將該測試探針沿著以相對于該金屬化系統(tǒng)的平面的實(shí)質(zhì)非零角度所定向的路徑移動。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，建置(establish)該實(shí)質(zhì)非零角度以至于該測試探針實(shí)質(zhì)朝向該金屬化系統(tǒng)移動及以至于在該側(cè)向力測試期間借由該測試探針在該柱凸塊上強(qiáng)加(impose)的力量(force)包含導(dǎo)向并引發(fā)該金屬化系統(tǒng)上的壓縮負(fù)載(compressive load)的組件(component)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，還包含于該側(cè)向力測試期間以相對于水平面的實(shí)質(zhì)非零角度將該金屬化系統(tǒng)的該平面定向。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含以小于近似0.1微米/秒的實(shí)質(zhì)固定速度移動該測試探針。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含于該側(cè)向力測試期間判斷介于該柱凸塊與該金屬化系統(tǒng)之間的行為性交互作用(behavioral interaction)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，介于該柱凸塊與該金屬化系統(tǒng)之間的行為性交互作用包含: 測量借由該測試探針在該柱凸塊上強(qiáng)加的力量及在該側(cè)向測試的持續(xù)期間(during)的期間借由該測試探針移動(travel)的距離；以及 產(chǎn)生由該測量的力量與移動的距離所產(chǎn)生的力量/距離響應(yīng)曲線(response curve)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法,還包含產(chǎn)生對照用行為性交互作用曲線(comparativebehavioral interaction curve)以及對于對照用行為性交互作用曲線而將介于該柱凸塊及與該金屬化系統(tǒng)之間的該行為性交互作用比較。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，對于該對照用行為性交互作用曲線而將介于該柱凸塊與該金屬化系統(tǒng)之間的該行為性交互作用比較包含將包含有該柱凸塊的材料的材料硬度特性作出判斷。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生該對照用行為性交互作用曲線包含: 在第一半導(dǎo)體芯片的第一金屬化系統(tǒng)之上形成的多個(gè)第一柱凸塊中的每一個(gè)該第一柱凸塊上實(shí)施第一側(cè)向力測試，其中每一個(gè)該第一側(cè)向力測試的實(shí)施包含在以小于近似I微米/秒的第一實(shí)質(zhì)固定速度移動第一測試探針的同時(shí)，將各自的該多個(gè)第一柱凸塊中的一個(gè)的側(cè)部與該第一測試探針接觸； 借由該第一測試探針測量在每一個(gè)各自的該多個(gè)第一柱凸塊上所強(qiáng)加的力量及測量在每一個(gè)各自的該第一側(cè)向力測試的持續(xù)期間的期間內(nèi)該第一測試探針?biāo)苿拥木嚯x；以及 將出自每一個(gè)該第一側(cè)向力測試的該所測量的力量與距離數(shù)據(jù)使用來產(chǎn)生該對照用行為性交互作用曲線。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該第一測試探針的移動包含在每一個(gè)各自的該第一側(cè)向力測試期間沿著實(shí)質(zhì)平行于該第一金屬化系統(tǒng)的平面的路徑移動該第一測試探針。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該金屬化系統(tǒng)包含多個(gè)金屬化層，以及其中該等金屬化層至少的其中一個(gè)包含低介電常數(shù)介電材料與超低介電常數(shù)介電材料的其中一個(gè)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該柱凸塊包含銅。
15.一種方法，其包含: 將第一側(cè)向力測試實(shí)施在形成于第一半導(dǎo)體芯片的第一金屬化層之上的第一柱凸塊上，其中該第一側(cè)向力測試的實(shí)施包含在沿著以相對于該第一金屬化系統(tǒng)的平面的實(shí)質(zhì)非零角度所定向的路徑以實(shí)質(zhì)固定速度移動第一測試探針的同時(shí)，使該第一柱凸塊的側(cè)部與該第一測試探針接觸，并且該實(shí)質(zhì)固定速度小于近似0.1微米/秒； 在該第一側(cè)向力測試期間判斷介于該第一柱凸塊與該第一金屬化系統(tǒng)之間的第一行為性交互作用； 產(chǎn)生代表介于第二半導(dǎo)體芯片的第二金屬化系統(tǒng)與形成于該第二金屬化系統(tǒng)之上的多個(gè)第二柱凸塊之間的行為化交互作用的對照用行為性交互作用曲線；以及 將該第一行為性交互作用對該對照用行為性交互作用曲線作比較。
16.如權(quán)利要求15所 述的方法,其特征在于,介于該第一柱凸塊與該第一金屬化系統(tǒng)之間的該第一行為性交互作用的判斷包含測量借由該第一測試探針測量強(qiáng)加在該第一柱凸塊上的力量并測量在該第一側(cè)向力測試的持續(xù)期間的期間內(nèi)該第一測試探針?biāo)苿拥木嚯x，以及由該所測量的力量與該移動的距離來產(chǎn)生第一力量/距離響應(yīng)曲線。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該對照用行為性交互作用曲線包含在第二測試探針接觸該多個(gè)第二柱凸塊的其中一個(gè)之后立即出現(xiàn)的第一曲線部份與隨該第一曲線部份立即出現(xiàn)的第二曲線部份，該第一曲線部份描述實(shí)質(zhì)非線性大量/距離關(guān)系，以及該第二曲線部份描述實(shí)質(zhì)線性力量/距離關(guān)系。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，還包含在該第一側(cè)向力測試期間以該第一測試探針在該第一柱凸塊中形成凹口(notch)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，形成該凹口包含形成實(shí)質(zhì)非對稱狀凹口。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，還包含在該第一金屬化系統(tǒng)之上形成的至少另一柱凸塊上實(shí)施第二側(cè)向力測試、在該第二側(cè)向力測試的持續(xù)期間的期間內(nèi)判斷介于該至少另一柱凸塊與該第一金屬化系統(tǒng)之間的第二行為性交互作用、及對該對照用行為性交互作用曲線比較該第二行為性交互作用。
【文檔編號】H01L21/66GK103579038SQ201310319952
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月27日
【發(fā)明者】V·W·瑞安, H·蓋斯勒, D·布羅伊爾 申請人:格羅方德半導(dǎo)體公司