[发明专利]芯片制造BEOL互连层界面可靠性测试简化结构和工艺

说明书

本发明公开了一种芯片制造BEOL互连层界面可靠性测试简化结构和工艺。该简化结构包括基板、铜凸点、BEOL金属互连层、芯片、预制裂纹和纳米探针。该测试工艺主要是对服役温度测试下的简化结构，将加载方式简化为纳米探针剪切铜凸点，以达到测试简化结构的互连强度。本发明解决了现有技术中难以测试纳米级别互连结构中的凸点和BEOL金属互连层界面之间的强度，无法建立寿命失效准则、寿命预测和可靠性问题；能够有效地提高对微电子产品进行可靠性测试的效率，简化工作流程。

技术领域

本发明涉及电子制造和互连技术测试领域，具体涉及一种芯片制造BEOL互连层界面可靠性测试简化结构和工艺。

背景技术

集成电路是微电子学的主要研究对象和代表性产品，具有多种功能的SoC在过去数十年中沿摩尔定律取得了突飞猛进的发展。由于CMOS技术的进步，在摩尔定律的指导下，逻辑设备(处理器)的性能在过去几十年中一直在稳步提高，摩尔微型化使最小芯片BEOL互连特征尺寸大为缩小。随着封装尺寸的不断减小，元件性能和引线密度的不断提升，要求芯片封装必须有相应的方法来提升互连密度。从互连角度而言，先进封装在封装级别引入了新的互连方式，由此导致围绕“互连”的电子电路设计更加显著。封装各种器件、芯粒、衬底和金属互连结构所需工艺数据、材料数据、环境数据各有差异，若要充分考虑工艺过程中可能积累的热应力和损伤、异质互连的电阻/热阻特性和工艺可靠性、器件多样性之间的矛盾，实现方式必须考虑各参数数据库，因此其实现尤为困难，急需新的结构、材料简化方案。

目前，为了考核器件在不同环境条件下的适应能力，服役温度通常作为自然环境的模拟，即器件在最高存储温度125℃，最低存储温度-55℃条件下，进行温度循环可靠性测试，测试时长可高达150h，循环过程中由于器件内部不同材料热膨胀系数不同，器件将在温度载荷下失效，但此方法存在试验过程操作复杂，试验成本较高，试验周期过长等问题。

本发明提出的芯片制造后道工艺(BEOL)金属互连层界面可靠性测试简化结构和工艺，可以有效减少载荷数目，简化试验方案，节省试验成本的同时缩短了试验周期，解决了现有技术中难以测试纳米级别互连结构中的凸点和BEOL金属互连层界面之间的强度。该方法能够有效地提高对微电子产品进行可靠性测试的效率，简化工作流程。

发明内容

本发明提供了一种芯片制造后道工艺(BEOL)金属互连层界面可靠性测试简化结构和工艺，解决了现有技术中难以测试纳米级别互连结构中的凸点和BEOL金属互连层界面之间的强度。该方法能够有效地提高对微电子产品进行可靠性测试的效率，简化工作流程。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种芯片制造BEOL互连层界面可靠性测试简化工艺，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：根据工艺需求进行可靠性测试结构设计；

步骤S2：将铜凸点和BEOL金属互连层结构的进行服役温度加载；

步骤S3：将服役温度可靠性测试中温度载荷转化为纳米探针对铜凸点的剪切力加载；

步骤S4：在铜凸点和BEOL金属互连层结构界面预制长度为a的裂纹；

步骤S5：对所建模型进行一系列剪切力实验和仿真加载，同时实时监测裂纹扩展及裂纹长度变化；

步骤S6：校准裂纹长度与挠度之间的关系，计算加载速度和裂纹扩展速率，最后计算能量释放率，确定界面强度。

作为优选方案，所述步骤S1中的可靠性测试结构设计为常规的后道工艺过程的可靠性性测试结构的设计。

进一步地，所述步骤S3剪切力的大小为1N。

更进一步地，所述步骤S3纳米探针初始放置在铜凸点左/右侧，且纳米探针尖离界面距离超过铜凸点高度的一半。