[發(fā)明專利]一種硅通孔質(zhì)量檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310088609.4
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN104064487B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張武志
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/66
• 分類號(hào): H01L21/66
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所11336
• 代理人: 董巍,高偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種硅通孔質(zhì)量檢測方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中，三維封裝是一種可顯著減小電子系統(tǒng)體積和重量、提高系統(tǒng)速度和產(chǎn)量并降低系統(tǒng)功耗的封裝技術(shù)。三維封裝可以在器件組裝過程中消除故障IC，因此最終制得的半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量和可靠性等都大大好于分立器件封裝。

硅通孔(Through Silicon Via；TSV)正是基于三維封裝要求而開發(fā)的技術(shù)，該技術(shù)可以使用TSV結(jié)構(gòu)將裸芯片或多芯片模塊(MCM)沿Z軸層疊起來，使系統(tǒng)的封裝體積大大減小。由于這種Z面技術(shù)大大縮短了總的互連長度，系統(tǒng)的寄生電容顯著減小，從而使系統(tǒng)的總功耗降低了30％左右，達(dá)到提高系統(tǒng)工作性能的目的。

然而，TSV生產(chǎn)工藝仍然處于研發(fā)階段，尤其是TSV銅電鍍過程并不成熟，這往往會(huì)導(dǎo)致TSV(硅通孔)內(nèi)部的物理缺陷，從而影響應(yīng)用TSV進(jìn)行封裝的半導(dǎo)體器件的整體良率。如何有效檢測TSV的質(zhì)量成為工程的必要和難題。

在現(xiàn)有技術(shù)中，X射線檢測是當(dāng)前在線檢測TSV質(zhì)量的有效方法，其因具有非破壞性、即時(shí)性、特別是能夠?qū)Σ牧蠟殂~的TSV的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測等優(yōu)點(diǎn)，而廣受歡迎。但傳統(tǒng)的X射線檢測也存在如下缺點(diǎn)：第一，分辨率的局限使得1um以下的缺陷較難被發(fā)現(xiàn)。第二，掃描速度限制在線的檢測規(guī)模，特別是難以實(shí)現(xiàn)整片晶圓的全面檢測。第三，當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展程度還沒有達(dá)到自動(dòng)記錄缺陷相關(guān)數(shù)據(jù)的能力。對于TSV的X射線檢測，其面臨的主要問題是分辨率的局限使得TSV中的空洞(void)無法得到全面檢測。

在現(xiàn)有技術(shù)中，缺陷檢測機(jī)臺(tái)已被廣泛應(yīng)用于芯片制造過程缺陷控制，其對完整晶圓的高效全面檢測，優(yōu)秀的分辨率，特別是對缺陷性質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)的記錄，使其非常適合在線缺陷控制。然而，缺陷檢測機(jī)臺(tái)僅能檢測對表面造成影響的缺陷，當(dāng)TSV內(nèi)部所出現(xiàn)的空洞(void)在X射線檢測下不能被全面檢測以及X射線檢測分辨率不足時(shí)，缺陷檢測機(jī)臺(tái)也對其束手無策。

因此，為了解決上述問題，需要提出一種新的硅通孔(TSV)的檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種硅通孔質(zhì)量檢測方法，該方法包括如下步驟：

步驟S101：提供形成有硅通孔的半導(dǎo)體器件；

步驟S102：在所述半導(dǎo)體器件上形成覆蓋所述硅通孔的測試結(jié)構(gòu)，其中，所述測試結(jié)構(gòu)包括覆蓋所述硅通孔的金屬層以及覆蓋所述金屬層的絕緣層，所述測試結(jié)構(gòu)位于所述硅通孔上方的部分的上表面為平面；

步驟S103：對所述半導(dǎo)體器件進(jìn)行熱處理，以使所述硅通孔中內(nèi)部具有空洞的硅通孔上方的測試結(jié)構(gòu)的表面產(chǎn)生隆起；

步驟S104：利用缺陷檢測機(jī)臺(tái)對經(jīng)過熱處理的所述半導(dǎo)體器件進(jìn)行檢測。

其中，所述硅通孔的上表面與所述半導(dǎo)體器件的上表面處于同一平面。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S102包括如下步驟：

步驟S1021：在所述半導(dǎo)體器件上形成第一金屬層；

步驟S1022：對所述第一金屬層進(jìn)行刻蝕，形成覆蓋所述硅通孔的圖形化的第一金屬層；

步驟S1023：形成覆蓋所述圖形化的第一金屬層的第一絕緣層；

其中，所述第一金屬層和所述第一絕緣層構(gòu)成所述測試結(jié)構(gòu)。

其中，所述第一金屬層的材料為鋁。

其中，所述第一絕緣層的材料為金屬間介電層材料。

其中，在所述步驟S1023中形成的所述第一絕緣層，僅覆蓋所述圖形化的第一金屬層，或者，覆蓋所述圖形化的第一金屬層和所述半導(dǎo)體器件未被所述圖形化的第一金屬層覆蓋的區(qū)域。

在另一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S102包括如下步驟：

步驟S1021’：在所述半導(dǎo)體器件上形成第二絕緣層和位于其上的第三絕緣層；

步驟S1022’：對所述第三絕緣層和所述第二絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成位于所述硅通孔上方且貫穿所述第三絕緣層和所述第二絕緣層的凹槽；

步驟S1023’：在所述凹槽中填充金屬并通過化學(xué)機(jī)械拋光去除多余的金屬，以在所述凹槽中形成第二金屬層；

步驟S1024’：形成覆蓋所述第二金屬層的第四絕緣層；

其中，所述第二金屬層和所述第四絕緣層構(gòu)成所述測試結(jié)構(gòu)。

其中，所述第二絕緣層的材料為氮化硅，所述第三絕緣層的材料為氧化物。

其中，所述第二金屬層的材料為銅。

其中，所述第四絕緣層的材料為氮化硅。

進(jìn)一步的，在步驟S103中，進(jìn)行熱處理的溫度為200～400℃。