[發明專利]待測傳感器芯片的電學引出結構及其應用

有效

• 申請號: 201110281248.6
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN103021985A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 楊恒;豆傳國;吳燕紅;李昕欣;王躍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;G01L1/18;G01K7/18;H01L21/66
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于集成電路制造、封裝和測量技術領域。具體是指待測傳感器芯片的電學引出結構及其應用。

背景技術

隨著集成電路封裝技術向小型化、高密度和三維封裝等方向的發展，以及芯片面積不斷增加，封裝引起的芯片應力問題日益突出，已成為器件失效的主要原因之一。因此，進行封裝應力的測試與分析成為改進封裝工藝，提高器件可靠性的重要環節。與傳統的應力測試方法相比，利用硅的壓阻效應制造的應力測試芯片與常規集成電路工藝兼容，測量設備比較簡單，測試結果能反映芯片實際受力情況，是進行集成電路封裝應力測量的有力工具。

壓阻應力傳感器是利用硅的壓阻效應，通過測量附加應力導致的電阻阻值變化來計算得到芯片表面的應力分布狀態。由于集成電路制造中采用的是基于(100)晶面的硅片作為基底，為了真實地模擬集成電路封裝過程中的應力分布，所以壓阻傳感器一般是制作在(100)硅襯底上的。為了標定硅的壓阻傳感器的三個壓阻系數∏₁₁、∏₁₂、和∏₄₄以及測試不同方向的應力，制作的多個摻B或P電阻一般都是沿<100>和<110>不同晶向的，應力傳感器的測試結構就逐步形成了2元素、3元素、偏軸3元素、4元素及6元素等沿不同晶向的多種結構，而這類壓阻傳感器只局限于硅片面內應力的測量，還無法獲得面外應力的信息。最近，通過CMOS(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor)工藝制作的應力傳感器(Marc?Baumann，IEEE?SENSORS?2009?Conference，441)，利用沿垂直于硅片方向的壓阻效應，實現了從面內到面外的應力測量。

一般而言，應力傳感器測量輸出與應力在理論上呈線性比例關系，測試傳感器封裝前，其輸出應該為零，但由于傳感器在制造工藝過程會引入殘余應力，同時測試壞境特別是溫度的影響很大，致使傳感器封裝前的測試輸出并不為零，且傳感器輸出與應力偏離線性比例關系，因此，測試傳感器芯片封裝前的輸出以及測試芯片的溫度至關重要，是影響封裝應力測量準確性的一個重要問題。

常規的前值標定方法一般是利用探針壓到待測芯片的焊盤上獲得的，而后再通過金屬焊線連接外部測量裝置測得傳感器封裝后的值(圖1)，圖1(a)為傳感器封裝前的前值測量示意圖，通過探針1壓到測試芯片2上，并將探針的另一端連接外部測試裝置測得前值輸出，圖1(b)為傳感器封裝后測試輸出的示意圖，將傳感器通過金屬引線3連接到基板6上，蓋上管殼4完成封裝后，并由焊線5連接外部測試裝置測得傳感器封裝后值，通過比較前后值得到應力大小，而由于前值測量時探針壓到測量芯片上本身也引入應力，使封裝前值測量存在誤差，且傳感器封裝前后的測試方式不同，因此，這種類型的應力測量方法只能用于比較不同封裝工藝條件下引入的應力相對大小，無法實現某一封裝工藝過程中引入應力的絕對精確測量。

現有的應力傳感器的另一個問題是，傳感器在封裝完成前沒有實現電學引出，也就無法實現對封裝過程中應力變化的實時監控。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種待測傳感器芯片的電學引出結構，并利用該結構實現封裝應力的精確測量及實時在線監控應力的分布。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：待測傳感器芯片的電學引出結構，其特征在于：所述待測傳感器芯片(16)上設有焊盤(9)以及位于焊盤(9)上的金屬焊點(10)；該電學引出結構還包括設有焊盤和互連線的柔性基板(14)，所述待測傳感器芯片通過金屬焊點(10)倒裝焊于柔性基板(14)的焊盤上；通過柔性基板(14)的焊盤由焊線(15)實現電學引出。

作為本發明的優選技術方案之一，所述待測傳感器芯片包括襯底、制備在所述襯底上的應力傳感器(12、13)和溫度傳感器(11)。

作為本發明的優選技術方案之一，所述襯底為(100)硅片或SOI片。

作為本發明的優選技術方案之一，所述應力傳感器是通過摻雜濃度為10¹⁵/cm³～10¹⁹/cm³范圍的硼和磷制作而成的壓敏電阻或者MOS器件。

作為本發明的優選技術方案之一，所述溫度傳感器為沉積厚度50～200納米的金屬鉑。

作為本發明的優選技術方案之一，所述柔性基板(14)為梳齒形狀；該柔性基板(14)梳齒端懸在空中，另一端固定；所述待測傳感器芯片(16)倒裝焊于該柔性基板(14)的梳齒端。