专利名称：导孔链接构与测试方法
技术领域：
本发明涉及一种导孔链的测试，特别是涉及一种通过提高导孔链的环境温度来迅速和有效地测试导孔链的系统和方法。
背景技术：
在芯片的(die)封装体中，导孔链(via chain)是常见的结构,用来垂直地连接金属层。当导孔链置于应力下时，会发生电致迁移(Electromigration)的现象,动量借此从电子风(electron wind)迁移到金属晶格中的离子中，而这些离子随后又会送进了邻近的材料中。这种不断迁移的过程，最终将导致在导孔下方聚集成空洞，从而造成结构的毁坏。因此，每一个导孔链都具有与其相关的特定寿命。由于现代半导体装置都密密麻麻的建构有互连结构，导孔链的故障于是成为一个严重的设计问题。为了要预测何时会发生故障，会采用布莱克方程(Black’s equation)。布莱克方程如下式(I)所示。平均故障时间(MeanTime To Failure, MTTF)=Αω j-ne (Q/KT) (I)其中A=常数J=电流密度η=模型参数Q=活化能K=波尔兹曼常数T=绝对温度ω =金属导线宽度由上述公式所表明，电致迁移的测量是非常依赖温度的。因此，一种决定寿命和电致迁移的测量的方法是，将导孔链至于热和电流的应力之下。焦耳加热(Joule heating)现象是因为电流通过导孔链中而产生的。然而，高焦耳热因为将其它与芯片故障无关的机制引入系统中，使得数据的测量变复杂，而且如果可以的话，制造商倾向消除此等方式。但是，如果只使用热能加热，晶圆层级可达到的最高温度是受限于晶圆载盘(wafer chuck)的，典型的情况是高温阈值在150°C。在封装层级中，晶粒可以在烤炉中加热，但是在这个过程中再次受限于约200°C的最高温度。高于此温度的话，封装结构中的金和铝就会形成金属间化合物。因此本领域的目标，即在于找到一种导孔链的测试方法，可以将导孔链置于高温氛围的应力下，同时又限制所使用焦耳加热的量。
发明内容
有鉴于此，发明的目的在于提供一个测试标准的电致迁移导孔链的手段，而能够避免现有技术中所遭遇的缺点，同时在测试时又节省时间。
导孔链测试结构例示性的实施例包括基板、位于基板上的绝缘层、位于绝缘层上的第一导孔链、位于第一导孔链两侧的绝缘层上的第二导孔链，其处于第一导孔链的热效周围(thermal proximity)附近、位于基板下方的第一热源,用来提供第一导孔链热能、以及用来加热第二导孔链的电流源，使得第二导孔链作为第一导孔链的第二热源。根据例示性的实施例的测试方法包括提供具有位于其上的绝缘层的基板、在绝缘层上安置第一导孔链、在绝缘层上、第一导孔链的两侧安置第二导孔链，而处于第一导孔链的热效周围附近、使用第一热源以提供第一导孔链热能、使用电流源以提供第二导孔链焦耳热，于是第二导孔链作为第二热源。除了第一热源和第二热源之外， 又还提供了位于第一导孔链下方，并被绝缘层所隔离的第一金属互连层，其中第一热源，第二热源和第三热源具有加成性。此外，还可以进一步使用电流来直接加热第一导孔链。
图I所示为本发明的例示性实施例。其中，附图标记说明如下10 基板20金属加热器30绝缘层50受测导孔链60导孔链加热器
具体实施例方式如前述的详细说明，在电致迁移的领域中宁愿不使用高焦耳加热来加热受到测试的导孔链。然而，只使用热能来加热所能达到的温度是有限的。为了克服这个问题，本案提出了位于第一导孔链下方、并被一绝缘层所隔离的第一金属互连层，以及表面积是第一导孔链两倍的第二导孔链。第一金属互连层主要是当作第一导孔链的加热器。第二导孔链主要是当作第一导孔链的加热器。为了清晰表示的缘故，第一金属互连层之后会表示为金属加热器、第一导孔链(亦即受测的导孔链)之后会表示为受测导孔链、而第二导孔链之后会表示为导孔链加热器。请参考图I,其所示为本发明的一个例示性实施例100。如图I所示,金属加热器20位在基板10上，还包括提供热能给受测导孔链50的晶圆载盘(未示于图中)。如前所述，载盘温度受限于上限阈值150°C的限制。受测导孔链位于绝缘层30上，直接位于金属加热器20的上方。导孔链加热器60也位于绝缘层30上，并位在受测导孔链50的两侧又围绕受测导孔链50。在此同时，第一热源(晶圆载盘)提供加热热量给受测导孔链50，电流将通过金属加热器20，而导孔链加热器60则产生焦耳加热效应。焦耳加热会加热金属加热器与导孔链加热器60到远超过仅使用热能加热所可以达到的温度。由于受测导孔链50位在接近金属加热器20与导孔链加热器60的热效周围附近，因为两个导孔链与第一金属互连层之间的热传导，通过焦耳加热在金属加热器20与导孔链加热器60中所诱导出来的温度，也会加热受测导孔链50。如此一来，受测导孔链50的环境温度就会增加。如前所述，焦耳加热会造成影响用于决定寿命的数据的测量机制，然而，金属加热器20与导孔链加热器60仅是被用来作为受测导孔链50的加热器，自己本身并没有接受测试，此等机制即可忽视。受到焦耳加热而被影响的机制，只会发生在金属加热器20与导孔链加热器60中，同时受测导孔链50只经历金属加热器20与导孔链加热器60所提供的热效应。此等热效应将与晶圆载盘直接提供给受测导孔链50的热效应加乘，借此使得受测导孔链50会受到比起传统方法还要更高温度的应力，同时又避免大量的焦耳加热被直接施 加到受测导孔链50上。请再次参考图1，其为测试结构100、基板10、金属加热器20、和绝缘层30的一个横截面视图。如图I所示，第一层金属互连、Ml金属加热器20位在基板10上，而绝缘层30位于金属加热器20与受测导孔链50之间而作为电性绝缘之用。受测导孔链50连接M2到另一个金属层M3。导孔链加热器60也将M2连接到M3，并围绕受测导孔链50，使得导孔链加热器60与受测导孔链50 —起位于热效周围的附近。 由于加热的目的，是在于加热受测导孔链50直到故障发生，金属加热器20与导孔链加热器60会需要被驱使到自身亦会发生故障的高温。为了防止这种故障，通过在受测导孔链50中使用一个小规模的焦耳加热,金属加热器20与导孔链加热器60会维持在相对于受测导孔链50来说还要稍低一点的温度，借此确保金属加热器20与导孔链加热器60在整个测试过程中都会正常的工作无虞。因此，提供了受测导孔链50三个主要的热量来源直接来自载盘的热量、来自金属加热器20的热量、和来自导孔链加热器60的热量。如前所述，还可以直接在受测导孔链50中施加一个小规模的焦耳加热，虽然可施加的量受限于电流密度因素的考虑。这些热量来源都是可以加乘的，使得受测导孔链50的最高温度几乎可以达到400°C。最初，是以载盘加热受测导孔链50。在理想的情况下，会将其静置一段时间使得受测导孔链50达到最高温度。然后，电流通过金属加热器20与导孔链加热器60，而导致温度迅速上升。请注意，在一些实施例中，Ml可以不作为热源之用。此外，在测试过程期间还可以将少量的焦耳热直接施加在受测导孔链50。此外，受测导孔链50与导孔链加热器60最好是长排的导孔链，这会使得沿着导孔链的热模式(pattern)更加均匀。导孔链加热器60最好也具有高阻抗，以维持沿着导孔链的热模式，因为在每个端点温度下降的速度会比较慢。本发明还适用其它能协助达成这种温度平均分布的导孔链接构，例如，在每个端点比在中间有更多导孔的导孔链接构。综上所述，本发明提供了一个第一导孔链在进行电致迁移测试时，不受限于载盘的温度或封装层级器件的熔融温度的结构和相关的方法，也避免了通常与焦耳加热相关的不利影响。经由利用焦耳加热直接加热围绕第一导孔链的第二导孔链，以及位于第一导孔链下的金属加热器的加乘效果，第一导孔链可以被加热到会超过现有技术所不能及的温度。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种导孔链测试结构，其特征在于，包含 一基板； 位于所述基板上的一绝缘层； 位于所述绝缘层上的一第一导孔链； 一第二导孔链，位于所述第一导孔链两侧的所述绝缘层上，并位于所述第一导孔链的热效周围； 一第一热源，位于所述基板下方，以提供所述第一导孔链热能；以及 一电流源，以加热所述第二导孔链，使得所述第二导孔链作为所述第一导孔链的一第二热源。
2.根据权利要求I所述的导孔链测试结构，其特征在于，更包含 位于所述基板上并被所述绝缘层与所述第一导孔链所隔离的一第一金属互连层，其中所述电流源加热所述第一金属互连层，使得所述第一金属互连层作为所述第一导孔链的一第二热源。
3.根据权利要求I所述的导孔链测试结构，其特征在于，所述第一热源、所述第二热源和所述第三热源具有加成性。
4.根据权利要求I所述的导孔链测试结构，其特征在于，所述第一热源为晶圆载盘。
5.根据权利要求I所述的导孔链测试结构，其特征在于，所述第二导孔链的表面积是所述第一导孔链的两倍。
6.根据权利要求I所述的导孔链测试结构，其特征在于，所述电流源也用来直接加热所述第一导孔链。
7.根据权利要求I所述的导孔链测试结构，其特征在于，所述第二导孔链与所述第一导孔链两者均由长排的导孔所形成，而且所述第二导孔链具有高阻抗。
8.—种测试第一导孔链接构的方法，其特征在于，包含 提供一基板，而具有位于其上的一绝缘层； 在所述绝缘层上安置一第一导孔链； 在所述绝缘层上、所述第一导孔链的两侧安置一第二导孔链，并位于所述第一导孔链的热效周围； 使用一第一热源，以提供所述第一导孔链热能；以及 使用一电流源，以提供所述第二导孔链焦耳热，使得所述第二导孔链作为一第二热源。
9.根据权利要求8所述的测试第一导孔链接构的方法，其特征在于，更包括 提供位于所述第一导孔链下方且因为所述绝缘层而与所述第一导孔链隔离的一第一金属互连层；以及 使用所述电流源，以提供所述第一金属互连层焦耳热，使得所述第一金属互连层作为所述第一导孔链的一第三热源。
10.根据权利要求9所述的测试第一导孔链接构的方法，其特征在于，所述第一热源、所述第二热源和所述第三热源具有加成性。
11.根据权利要求8所述的测试第一导孔链接构的方法，其特征在于，所述第二导孔链的表面积是所述第一导孔链的两倍。
12.根据权利要求8所述的测试第一导孔链接构的方法，其特征在于，更包括进一步利用所述电流来直接加热所述第一导孔链。
13.根据权利要求8所述的测试第一导孔链接构的方法，其特征在于，所述第二导孔链与所述第一导孔链均由长排的导孔所形成，而且所述第二导孔链具有高阻抗。
全文摘要
本发明公开了一种导孔链测试结构，包括基板、位于基板上的绝缘层、位于绝缘层上的第一导孔链、位于第一导孔链两侧的绝缘层上的第二导孔链，而处于第一导孔链的热效周围且位于基板下方的第一热源，以提供第一导孔链热能、以及用以加热第二导孔链的电流源，使得第二导孔链作为第一导孔链的第二热源。
文档编号G01R31/26GK102916000SQ20121027704
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月6日 优先权日2011年8月4日
发明者菲力普·J·爱尔兰, 江文松 申请人:南亚科技股份有限公司