專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)試半導(dǎo)體器件的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)。
技術(shù)背景 半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)經(jīng)歷了快速的發(fā)展。IC材料和設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了 IC的多個(gè)代，其中每一代比前一代具有更小和更復(fù)雜的電路。然而，這些進(jìn)步增加了加工 和制造IC的復(fù)雜度，對(duì)于這些實(shí)現(xiàn)的進(jìn)步，需要IC加工和制造的類(lèi)似的發(fā)展。在集成電路 的演進(jìn)過(guò)程中，功能密度(即每芯片區(qū)域的互連器件的數(shù)目)普遍增加了，同時(shí)幾何尺寸 (即，能夠使用制造工藝產(chǎn)生的最小元件(或線(xiàn)))減小了。規(guī)?？s小的工藝通過(guò)增加生產(chǎn) 效率和降低相關(guān)成本而普遍提供了益處。這樣的規(guī)?？s小也產(chǎn)生了相對(duì)較高的功耗值，這 可以通過(guò)使用低功耗器件如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件而解決。IC在其被送到終端用戶(hù)之前通常經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的測(cè)試工藝。測(cè)試工藝可以包括“老 化(burn-in)”測(cè)試或應(yīng)力測(cè)試，其中IC在高溫下進(jìn)行測(cè)試。高溫測(cè)試的傳統(tǒng)方法使用外 部加熱源，如熱流或老化爐。這些外部加熱源通常是昂貴和龐大的。另外，精確控制待測(cè)試 的IC的溫度可能很困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于測(cè)試半導(dǎo)體器件的方法，包括提供半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo) 體器件包括使用前端半導(dǎo)體工藝形成的前端結(jié)構(gòu)和在前端結(jié)構(gòu)之上使用后端半導(dǎo)體工藝 形成的后端結(jié)構(gòu)；使用嵌入在后端結(jié)構(gòu)中的加熱器加熱半導(dǎo)體器件；以及使用傳感器檢測(cè) 半導(dǎo)體器件的溫度。本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；形成在襯底中的前端結(jié)構(gòu)；形成在 前端結(jié)構(gòu)之上的后端結(jié)構(gòu)；嵌入在后端結(jié)構(gòu)中的加熱器，其用于產(chǎn)生熱量；以及嵌入在后 端結(jié)構(gòu)中的傳感器，其用于檢測(cè)半導(dǎo)體器件的溫度。本發(fā)明還提供了一種系統(tǒng)，包括具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件；置于互連結(jié)構(gòu)之 內(nèi)并用于產(chǎn)生熱量的加熱器；置于互連結(jié)構(gòu)之內(nèi)并用于檢測(cè)半導(dǎo)體器件的溫度的傳感器； 以及與加熱器和傳感器連接的控制器，其中控制器用于監(jiān)控和調(diào)整半導(dǎo)體器件的溫度。
本發(fā)明的方面從以下的詳細(xì)描述中結(jié)合附圖可以得到更好的理解。需要強(qiáng)調(diào)的 是，根據(jù)行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種特征沒(méi)有按比例繪制。實(shí)際上，各種特征的尺寸可以為了 描述清楚而任意的增加或減小。圖1是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的用于測(cè)試IC的方法的流程圖；圖2A-2B分別是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的用于測(cè)試IC的加熱器和傳感器的頂層 視圖；圖3-4分別是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的用于測(cè)試IC的具有嵌入加熱器和傳感器的半導(dǎo)體器件的剖面圖和頂層視圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的用于測(cè)試IC的系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式可以理解的是，下面的說(shuō)明書(shū)提供了很多不同的實(shí)施例，例如，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的 不同特征。以下描述了元件和排列的具體例子以簡(jiǎn)化本說(shuō)明書(shū)。當(dāng)然，這些僅僅是例子，并 不是用于限制。另外，以下的描述中第一特征在第二特征之上或上面的結(jié)構(gòu)可以包括第一 和第二特征直接接觸的實(shí)施例，也可以包括附加的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施 例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。為了簡(jiǎn)單和清楚，各個(gè)特征任意地按不同的比 例繪制。圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的用于測(cè)試IC芯片的方法100的流程圖。圖 2A-2B分別示出了根據(jù)圖1的方法用于測(cè)試IC芯片的加熱器和傳感器的頂層視圖。圖3-4 分別是根據(jù)圖1的方法100用于測(cè)試IC芯片的具有嵌入加熱器和傳感器的半導(dǎo)體器件的 剖面圖和頂層視圖。圖5示出了用于測(cè)試IC芯片的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。應(yīng)當(dāng)注 意的是，在測(cè)試系統(tǒng)中可以采用其他的裝置，但是為了清楚的目的沒(méi)有示出。也可以理解的 是，在圖1的方法100之前、期間和之后可以具有附加的工藝，此處對(duì)一些其他的工藝僅僅 進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述。參考圖1，方法100開(kāi)始于塊110，其中使用嵌入在半導(dǎo)體器件中的加熱器加熱半 導(dǎo)體器件。方法100繼續(xù)到塊120，其中使用嵌入在半導(dǎo)體器件中的傳感器檢測(cè)半導(dǎo)體器件 的溫度。方法100繼續(xù)到塊150，其中計(jì)算了檢測(cè)溫度和預(yù)定溫度之間的溫度差。方法100 繼續(xù)到塊160，其中基于溫度差調(diào)整了產(chǎn)生的熱量。方法100繼續(xù)到塊170，其中在達(dá)到預(yù) 定測(cè)試時(shí)間時(shí)停止加熱半導(dǎo)體器件。方法100終止于塊180，其中冷卻半導(dǎo)體?，F(xiàn)在參考圖2A，示出了加熱器210A的頂層視圖。半導(dǎo)體制造工藝可以包括“前端” 工藝(稱(chēng)為生產(chǎn)線(xiàn)前端(FE0L)工藝)和“后端”工藝(稱(chēng)為生產(chǎn)線(xiàn)后端(BE0L)工藝)。前 端工藝可以包括在金屬層結(jié)構(gòu)之上但是不包括金屬層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片上執(zhí)行的工藝。從 而，前端結(jié)構(gòu)可以包括各種有源和無(wú)源器件如晶體管、電阻、電容等等。后端工藝可以包括 在用于將各種有源和無(wú)源器件與金屬層互連并形成與外部器件的電連接的半導(dǎo)體晶片上 執(zhí)行的工藝。從而，后端結(jié)構(gòu)可以包括接觸孔、通孔、層間電介質(zhì)、金屬層、鈍化層、焊墊、封裝等等。在當(dāng)前實(shí)施例中，加熱器210A可以通過(guò)“后端”半導(dǎo)體制造工藝制成。在當(dāng)前實(shí)施 例中，加熱器210A包括連接到延伸線(xiàn)路220A的端215A。線(xiàn)路220A可以包括電阻材料，其 用于在將電壓施加到端215A上時(shí)產(chǎn)生熱量。在當(dāng)前實(shí)施例中，電阻材料可以包括金屬，如 Cu、A1或Ti。延伸線(xiàn)路220A的線(xiàn)路的形狀、尺寸、厚度或之間的間隙可以變化以控制產(chǎn)生 的熱量。例如，延伸線(xiàn)路220A可以包括繞組矩形、螺旋形、卷曲形或甚至3維形式，其中延伸 線(xiàn)路220A可以包括堆疊在彼此頂部的多個(gè)層。在當(dāng)前實(shí)施例中，延伸線(xiàn)路220A包括繞組 矩形，并具有大約10. 8 y m的線(xiàn)路寬度225A和大約3 u m的線(xiàn)路間隙230A。同樣在當(dāng)前實(shí) 施例中，加熱器210A包括大約2000 u m的總長(zhǎng)度235A和大約2100 u m的總寬度240A。另 外，當(dāng)前實(shí)施例包括加熱器210A和附近電路250A之間的間距255A以防止短路。間距255A 可以至少為lOiim。加熱器210A可以通過(guò)端215A連接到電壓源245A。電壓源245A用于向加熱器210A提供電壓以產(chǎn)生熱量。方法100繼續(xù)到塊120，其中使用 嵌入在半導(dǎo)體器件中的傳感器檢測(cè)半導(dǎo)體器件 的溫度。參考圖2B，示出了傳感器210B的頂層視圖。傳感器210B可以通過(guò)“后端”半導(dǎo) 體制造工藝制造。傳感器210B可以包括連接到延伸線(xiàn)路220B的端215B和端217B。線(xiàn)路 220B可以包括熱敏材料，其中材料中的電流與材料的溫度相關(guān)。在當(dāng)前實(shí)施例中，熱敏材料 可以是具有低電阻的材料，可以包括金屬，如Cu、Al或Ti。延伸線(xiàn)路220B的線(xiàn)路的形狀、 尺寸、厚度或之間的間隙可以變化。例如，延伸線(xiàn)路220B可以包括繞組矩形、螺旋形、卷曲 形或甚至3維形式，其中延伸線(xiàn)路220B可以包括堆疊在彼此頂部的多個(gè)層。在當(dāng)前實(shí)施例 中，延伸線(xiàn)路220B包括繞組矩形，并具有大約1 μ m的寬度225B和大約1 μ m的線(xiàn)路間隙 230B。同樣在當(dāng)前實(shí)施例中，傳感器210B包括大約15(^111的總長(zhǎng)度2358和大約150 μ m 的總寬度240B。另外，當(dāng)前實(shí)施例包括傳感器210B和附近電路250B之間的間距255B以防 止短路。間距255B可以至少為10 μ m。仍然參考圖2B，傳感器210B可以通過(guò)端215B連接到電壓源245B。電壓源245B 用于為傳感器210B提供電壓。傳感器210B也可以通過(guò)端217B連接到電流傳感器247B。 電流傳感器247B測(cè)量傳感器210B響應(yīng)電壓源245B提供的電壓而產(chǎn)生的電流。在測(cè)試之 前，傳感器210B可以進(jìn)行校準(zhǔn)以限定電流和溫度之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。例如，在固定的校準(zhǔn)電 壓下，操作員(其可以是用戶(hù)或電腦)可以通過(guò)將傳感器210B置于校準(zhǔn)溫度中而測(cè)量傳感 器210B的校準(zhǔn)電流。由于傳感器包括熱敏材料，所以可以通過(guò)改變校準(zhǔn)溫度而獲得不同的 校準(zhǔn)電流測(cè)量。校準(zhǔn)工藝可以使用不同的校準(zhǔn)電壓進(jìn)行重復(fù)以更好的采樣。校準(zhǔn)的結(jié)果 記錄為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中用于以下所述的之后的使用。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以限定在 固定電壓下測(cè)量電流和檢測(cè)溫度之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在當(dāng)前實(shí)施例中，使用電壓源245B，操 作員可以為傳感器210B提供一個(gè)或多個(gè)測(cè)試電壓并測(cè)量對(duì)應(yīng)的電流。然后操作員可以基 于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)推斷傳感器210B的溫度。需要注意的是，在當(dāng)前實(shí)施例中，傳感器210B的尺寸 (150 μ mxl50 μ m)小于加熱器210A的尺寸(2100x2000 μ m)。因此，雖然傳感器210B自身 可以產(chǎn)生一些熱量，但是其產(chǎn)生的熱量與加熱器210A產(chǎn)生的熱量相比是可以忽略的，對(duì)于 溫度檢測(cè)沒(méi)有顯著的影響?，F(xiàn)在參考圖3，示出了具有嵌入加熱器和嵌入傳感器的半導(dǎo)體器件300的剖面圖。 嵌入加熱器可以包括與圖2A的加熱器210A相似的結(jié)構(gòu)，嵌入傳感器可以包括與圖2B的傳 感器210B相似的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體器件300可以包括半導(dǎo)體襯底310。半導(dǎo)體300也可以包括 形成在襯底310中的各種有源和無(wú)源器件315。有源和無(wú)源器件315可以包括多個(gè)摻雜特 征。例如，摻雜特征可以包括柵疊層以及源和漏區(qū)。有源和無(wú)源器件315可以通過(guò)前端半 導(dǎo)體工藝形成，稱(chēng)為前端結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體器件300也可以包括形成在有源和無(wú)源器件315之 上的互連結(jié)構(gòu)320。互連結(jié)構(gòu)320包括通過(guò)電介質(zhì)材料絕緣的多個(gè)金屬層320A-320E。金 屬層的數(shù)目可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求而變化。在當(dāng)前實(shí)施例中，加熱器210A和傳感器210B可以 嵌入在最頂層金屬層之內(nèi)。在其他的實(shí)施例中，加熱器210A和傳感器210B可以嵌入在任 何較低的金屬層之內(nèi)，或可以嵌入在任何金屬層的組合之內(nèi)。因此，加熱器210A和傳感器 210B可以在與形成金屬層相同的工藝中形成，不需要另外的工藝。另外，加熱器210A和傳 感器2IOB可以設(shè)置為使得半導(dǎo)體器件300可以均勻地加熱，半導(dǎo)體器件300的溫度可以精 確的檢測(cè)用于以下所述的測(cè)試目的。例如，半導(dǎo)體器件300可以分為具有基本相等的面積的多個(gè)區(qū)，加熱器210A可以設(shè)置于每個(gè)區(qū)中。可選擇地，加熱器210A可以彼此等距離間隔。 傳感器210B也可以置于半導(dǎo)體器件300的具有基本相等的面積的分開(kāi)的每個(gè)區(qū)中。可選 擇地，傳感器210B可以彼此等距離間隔。在又一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)傳感器210B置于接近半 導(dǎo)體器件300的角落部分，另一個(gè)傳感器210B置于半導(dǎo)體器件300的中心部分。每個(gè)金屬 層可以包括金屬線(xiàn)，其中不同金屬層中的金屬線(xiàn)可以通過(guò)通孔互連。金屬線(xiàn)可以包括Cu、 A1或W，電介質(zhì)材料可以包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅?？梢栽诨ミB結(jié)構(gòu)320之上形成一個(gè)或多個(gè)鈍化層325、330。鈍化層325、330用于 防止其下的層暴露在空氣中，其可以包括氧化物或氮化物材料。另外，多個(gè)焊墊340-352可 以通過(guò)多個(gè)鋁焊墊340A-352A和下鍵合(under-bonding)金屬焊墊340B-352B連接到包括 加熱器210A和傳感器210B的最頂層金屬層。焊墊340-352可以用于建立半導(dǎo)體器件300 和半導(dǎo)體器件300外部的器件之間的電連接。例如，焊墊340可以用于向加熱器210A施加 電壓以產(chǎn)生熱量，焊墊348可以用于向傳感器210B施加電壓并檢測(cè)傳感器210B中產(chǎn)生的 電流，其中該電流可能與半導(dǎo)體器件300的溫度相關(guān)。焊墊342、344、346、350和352可以 用于發(fā)送信號(hào)到半導(dǎo)體器件300以及從半導(dǎo)體器件300接收信號(hào)。焊墊340-352可以包括 01、511、？13或4§。鋁焊墊340A-352A可以包括A1，并可以用于更好的線(xiàn)鍵合。下鍵合金屬 焊墊340B-352B可以包括Ti、Cu或Ni，并可以用于減少擴(kuò)散，增加焊墊340-352和鋁焊墊 340A-352A之間的粘附。半導(dǎo)體器件300也可以包括形成在鈍化層325、330之上的附加的 特征或?qū)?。雖然圖3示出加熱器210A和傳感器210B嵌入在互連結(jié)構(gòu)320的最頂層金屬層 中，但是加熱器210A和傳感器210B可以嵌入在互連結(jié)構(gòu)320的任何層中或互連結(jié)構(gòu)320 之上的層中。在圖3所示的半導(dǎo)體器件300中，襯底310以及有源和無(wú)源器件315可以視 為前端結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體器件300的其他部分可以視為后端結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體器件300可以指半導(dǎo)體晶片上的多個(gè)管芯380中的一個(gè)?，F(xiàn)在參考圖4， 示出了管芯380的區(qū)域382的頂視圖。多個(gè)加熱器210A和傳感器210B可以嵌入在半導(dǎo)體 器件中，以保證產(chǎn)生足夠的熱量穿過(guò)管芯380的區(qū)域382，并精確檢測(cè)半導(dǎo)體器件300的溫 度。在當(dāng)前實(shí)施例中，管芯380的區(qū)域382的至少30%被加熱器210A覆蓋。同樣，在當(dāng)前 實(shí)施例中，至少使用兩個(gè)傳感器210B，其中一個(gè)傳感器210B嵌入在接近管芯380的中心部 分，另一個(gè)傳感器210B嵌入在接近管芯380的角落部分?？梢岳斫獾氖牵訜崞骱蛡鞲衅?的數(shù)目，以及加熱器和傳感器的設(shè)置可以根據(jù)特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)和測(cè)試需求而變化?，F(xiàn)在參考圖5，示出了測(cè)試系統(tǒng)400的示意圖。測(cè)試系統(tǒng)400可以包括連接到測(cè)試 板430的多個(gè)半導(dǎo)體器件410-422。例如，半導(dǎo)體器件410可以是數(shù)字IC器件，半導(dǎo)體器件 412可以是模擬IC器件，半導(dǎo)體器件414可以是3維系統(tǒng)級(jí)封裝IC器件，半導(dǎo)體器件420 可以是硅通孔(TSV)器件，半導(dǎo)體器件422可以是晶片級(jí)封裝(WLCSP)器件。測(cè)試板430 可以是印刷電路板(PCB)，可以包括多個(gè)導(dǎo)電層和絕緣層以及電路用于測(cè)試各個(gè)半導(dǎo)體器 件410-422。任何半導(dǎo)體器件410-422，如410中可以嵌入一個(gè)或多個(gè)加熱器210A以及一 個(gè)或多個(gè)傳感器210B。加熱器210A和傳感器210B可以連接到控制器440。在當(dāng)前實(shí)施例 中，控制器440可以為加熱器210A提供電壓以為半導(dǎo)體器件410產(chǎn)生熱量?？刂破?00也 可以向傳感器210B提供電壓，并可以檢測(cè)傳感器210B中的電流，該電流可能與傳感器的溫 度相關(guān)。然后檢測(cè)電流可以反饋到控制器440，通過(guò)控制器440進(jìn)行測(cè)量。控制器440可以包括用于進(jìn)行計(jì)算的軟件程序和硬件?；跍y(cè)量的電流和施加到傳感器210B上的電壓，控制器440可以用于使用如上所述存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的傳感器210B 的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)推斷傳感器210B的溫度。因?yàn)閭鞲衅?10B嵌入在半導(dǎo)體器件410之內(nèi)，所以 傳感器210B的溫度可以指示半導(dǎo)體器件410的溫度。從而，控制器440可以用于檢測(cè)半導(dǎo) 體器件410的溫度。另外，當(dāng)使用兩個(gè)或多個(gè)傳感器210B時(shí)，控制器440可以確定平均溫 度。另外，控制器440可以為傳感器210B施加不同的電壓以用于更精確地確定半導(dǎo)體器件 410的溫度。方法100繼續(xù)到塊150，其中計(jì)算了檢測(cè)溫度和預(yù)定溫度之間的溫度差。仍然參考 圖5，操作員可以將預(yù)定溫度輸入到控制器440中。預(yù)定溫度可以是所需要的溫度等級(jí)，應(yīng) 當(dāng)在其下對(duì)半導(dǎo)體器件410進(jìn)行應(yīng)力或老化測(cè)試。在推斷半導(dǎo)體器件410的溫度之后，控 制器440比較半導(dǎo)體器件410的檢測(cè)溫度和所需要的溫度并計(jì)算溫度差。溫度差指示是否 已經(jīng)達(dá)到了用于測(cè)試所需要的溫度等級(jí)。方法100繼續(xù)到塊160，其中基于溫度差調(diào)整產(chǎn)生的熱量。仍然參考圖5，控制器 440可以基于計(jì)算出的溫度差調(diào)整施加到加熱器210A上的電壓。如果溫度差指示半導(dǎo)體器 件410的溫度沒(méi)有達(dá)到(或小于)所需要的溫度等級(jí)，則控制器440可以向加熱器210A提 供更大的電壓，以使得加熱器210A可以產(chǎn)生更多的熱量。如果半導(dǎo)體器件410的溫度已經(jīng) 達(dá)到(等于或大于)所需要的溫度等級(jí)，則控制器440可以向加熱器210A提供較小的電壓 等級(jí)，以使得加熱器210A產(chǎn)生較少的熱量。另外，當(dāng)使用兩個(gè)或多個(gè)加熱器時(shí)，控制器440 可以獨(dú)立地調(diào)整施加到置于半導(dǎo)體器件400的不同區(qū)域的加熱器210A上的電壓，以使得半 導(dǎo)體器件400可以均勻地加熱?？梢允褂密浖绦虿倏v控制器440。從而，測(cè)試系統(tǒng)400采 用可編程反饋來(lái)精細(xì)調(diào)整半導(dǎo)體器件410的測(cè)試溫度。方法100繼續(xù)到塊170，其中當(dāng)達(dá)到預(yù)定測(cè)試時(shí)間時(shí)，停止加熱。仍然參考圖5，操 作員可以將預(yù)定測(cè)試時(shí)間輸入到控制器440中。預(yù)定測(cè)試時(shí)間可以是半導(dǎo)體器件410應(yīng)當(dāng) 進(jìn)行應(yīng)力或老化測(cè)試的周期所需要的時(shí)間量?？刂破?40可以包括內(nèi)部時(shí)鐘用于測(cè)量經(jīng)過(guò) 的時(shí)間。當(dāng)半導(dǎo)體器件410的溫度到達(dá)用于應(yīng)力或老化測(cè)試所需要的溫度時(shí)，時(shí)鐘將被設(shè) 置并開(kāi)始測(cè)量經(jīng)過(guò)的時(shí)間。當(dāng)經(jīng)過(guò)時(shí)間到達(dá)預(yù)定的測(cè)試時(shí)間時(shí)，控制器440可以關(guān)斷施加 到加熱器210A上的電壓，這樣將不再產(chǎn)生熱量。方法100繼續(xù)到塊180，其中冷卻半導(dǎo)體。仍然參考圖5，測(cè)試系統(tǒng)400可以包括一 個(gè)或多個(gè)冷卻器件460-470。冷卻器件460-470可以包括風(fēng)扇或散熱器。冷卻器件460-470 也可以連接到測(cè)試板430或直接連接到半導(dǎo)體器件410-422。例如，冷卻器件460和462 可以連接到測(cè)試板430，冷卻器件465和470分別直接連接到半導(dǎo)體416和418。冷卻器件 460-470可以連接到控制器440，其中控制器440可以用于調(diào)整冷卻器件460-470冷卻半導(dǎo) 體410-422的速度?？梢岳斫獾氖?，方法100可以繼續(xù)附加的步驟以完成半導(dǎo)體器件300的測(cè)試。例 如，塊110-180可以組成一個(gè)測(cè)試周期。根據(jù)測(cè)試需求，可以通過(guò)重復(fù)塊110-180而進(jìn)行附 加的測(cè)試周期?？偠灾?，此處所公開(kāi)的方法和器件提供了測(cè)試半導(dǎo)體器件的有效和高效的方 法。此處所公開(kāi)的方法和器件利用了在半導(dǎo)體器件的后端結(jié)構(gòu)嵌入加熱器和傳感器，其中 加熱器產(chǎn)生熱量加熱半導(dǎo)體器件用于應(yīng)力和老化測(cè)試，傳感器檢測(cè)半導(dǎo)體器件的溫度并為 外部控制器提供反饋。這樣做，當(dāng)前實(shí)施例提供了相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)器件的幾個(gè)有益效果。當(dāng)前實(shí)施例的一個(gè)有益效果在于其不需要外部加熱器件用于應(yīng)力和老化測(cè)試。如上所述，外 部加熱器件如熱流和老化爐是昂貴和龐大的。相比較而言，當(dāng)前的實(shí)施例提供了具有較少 花費(fèi)的較小的加熱器件。當(dāng)前實(shí)施例的另一個(gè)有益效果在于通過(guò)在待測(cè)試的半導(dǎo)體器件中 嵌入加熱器和傳感器，更容易檢測(cè)和控制待測(cè)試的半導(dǎo)體器件的精確溫度。當(dāng)前實(shí)施例的 又一個(gè)有益效果在于其允許簡(jiǎn)單的可編程反饋系統(tǒng)，在其中可以不斷地調(diào)整測(cè)試溫度。當(dāng) 前實(shí)施例的又一個(gè)有益效果在于嵌入的加熱器和傳感器通過(guò)后端半導(dǎo)體制造工藝制造，其 容易實(shí)現(xiàn)且不需要額外的工藝步驟。 以上概述了幾個(gè)實(shí)施例的特征，這樣本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的方 面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，他們可以很容易使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)用于設(shè)計(jì)或改進(jìn)用于 實(shí)現(xiàn)與此處所介紹的實(shí)施例具有相同的目的和/或達(dá)到相同的有益效果的其他工藝和結(jié) 構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，這些等同的結(jié)構(gòu)沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神和范圍，他們可 以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下于此做出各種變化、替換和改造。
權(quán)利要求
一種用于測(cè)試半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括使用前端半導(dǎo)體工藝形成的前端結(jié)構(gòu)和在所述前端結(jié)構(gòu)之上使用后端半導(dǎo)體工藝形成的后端結(jié)構(gòu)；使用嵌入在所述后端結(jié)構(gòu)中的加熱器加熱所述半導(dǎo)體器件；以及使用傳感器檢測(cè)所述半導(dǎo)體器件的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳感器嵌入在所述后端結(jié)構(gòu)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱器包括電阻材料，所述電阻材料用于產(chǎn) 生對(duì)應(yīng)于提供到所述加熱器上的電壓的熱量，其中所述傳感器包括用于檢測(cè)所述半導(dǎo)體器 件的溫度的熱敏材料，其中加熱所述半導(dǎo)體器件的步驟包括向所述加熱器提供第一電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測(cè)所述溫度的步驟包括 向所述傳感器提供第二電壓；測(cè)量所述傳感器對(duì)應(yīng)于所述第二電壓的電流；以及 推斷相關(guān)于所述測(cè)量電流的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括步驟 計(jì)算所述推斷溫度和預(yù)定溫度之間的差值；以及 基于所述差值調(diào)整提供到所述加熱器的第一電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的測(cè)試時(shí)間時(shí)，切斷提供到所述加熱器的第一電壓；以及 冷卻所述半導(dǎo)體器件。
7.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底；形成在所述襯底中的前端結(jié)構(gòu)； 形成在所述前端結(jié)構(gòu)之上的后端結(jié)構(gòu)； 嵌入在所述后端結(jié)構(gòu)中的加熱器，其用于產(chǎn)生熱量；以及 嵌入在所述后端結(jié)構(gòu)中的傳感器，其用于檢測(cè)所述半導(dǎo)體器件的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述加熱器包括電阻材料，所述電阻材料 用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于提供到所述加熱器上的電壓的熱量，特別地，其中所述傳感器包括熱敏材 料，所述熱敏材料用于檢測(cè)所述半導(dǎo)體器件的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中所述電阻材料和所述熱敏材料每個(gè)包括 Cu、Al 或 Ti。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，還包括嵌入在所述后端結(jié)構(gòu)中的多個(gè)加熱器，其中所述加熱器覆蓋所述半導(dǎo)體器件的至少 30%的面積；以及嵌入在所述后端結(jié)構(gòu)中的多個(gè)傳感器，其中至少一個(gè)所述傳感器置于所述半導(dǎo)體器件 的中心部分，至少另一個(gè)所述傳感器置于所述半導(dǎo)體器件的角落部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述傳感器比所述加熱器占據(jù)較小的所 述半導(dǎo)體器件區(qū)域。
12.—種系統(tǒng)，包括具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件； 置于所述互連結(jié)構(gòu)之內(nèi)并用于產(chǎn)生熱量的加熱器； 置于所述互連結(jié)構(gòu)之內(nèi)并用于檢測(cè)所述半導(dǎo)體器件的溫度的傳感器；以及 與所述加熱器和所述傳感器連接的控制器，其中所述控制器用于監(jiān)控和調(diào)整所述半導(dǎo) 體器件的溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述互連結(jié)構(gòu)包括多個(gè)金屬層，其中所述加熱 器和所述傳感器置于所述最頂層金屬層內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于由所述控制器提 供的第一電壓的熱量，其中所述傳感器用于輸出對(duì)應(yīng)于由所述控制器提供的第二電壓的電 流，其中所述控制器用于 測(cè)量所述電流；推斷相關(guān)于所述測(cè)量電流的所述半導(dǎo)體器件的溫度； 計(jì)算所述推斷溫度和預(yù)定溫度之間的差值；以及 基于所述差值調(diào)整所述第一電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括連接到所述半導(dǎo)體器件的冷卻器件，其用于 冷卻所述半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，所述器件包括襯底；形成在襯底中的前端結(jié)構(gòu)；形成在前端結(jié)構(gòu)上的后端結(jié)構(gòu)；嵌入在后端結(jié)構(gòu)中并用于產(chǎn)生熱量的加熱器；嵌入在后端結(jié)構(gòu)中并用于檢測(cè)半導(dǎo)體器件溫度的傳感器。
文檔編號(hào)G01R31/26GK101876683SQ200910226240
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
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