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基于紅外線的量測(cè)于硅穿孔周圍應(yīng)力及缺陷的偵測(cè)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于紅外線的量測(cè)于硅穿孔周圍應(yīng)力及缺陷的偵測(cè)，其提供一種基于IR的測(cè)量的方法用以偵測(cè)在半導(dǎo)體裝置的TSV周圍的應(yīng)力及/或缺陷。具體言之，在一典型具體實(shí)施例中，IR光束會(huì)由IR光源射出穿過在TSV周圍的材料。一旦該IR光束穿過在該TSV周圍的材料，用一或更多算法分析該光束以確定有TSV應(yīng)力及/或缺陷(例如，嵌入裂痕等等)有關(guān)的信息。在一具體實(shí)施例中，該IR光束可分成第一部分與第二部分。該第一部分會(huì)穿過在TSV周圍的材料同時(shí)該第二部分繞過該TSV。在該第一部分穿過該TSV周圍的該材料后，這兩個(gè)部分隨后可再結(jié)合，以及如上述，可分析所得光束。
【專利說明】基于紅外線的量測(cè)于硅穿孔周圍應(yīng)力及缺陷的偵測(cè)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的具體實(shí)施例大致涉及基于紅外線(infrared ;簡(jiǎn)稱IR)的測(cè)量。特別是，本發(fā)明的具體實(shí)施例涉及使用基于紅外線(IR)的量測(cè)于娃穿孔(through silicon via ；簡(jiǎn)稱TSV)周圍應(yīng)力及缺陷的偵測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]熱機(jī)械可靠性已變成實(shí)作硅穿孔(TSV)的大問題，硅穿孔(TSV)為3D整合設(shè)計(jì)的重要組成部分。具體言之，由硅(Si)與銅(Cu)的CTE失配引起的加工誘發(fā)應(yīng)力可能造成效能及可靠性的不利影響。此類效應(yīng)主要包括移動(dòng)率劣化、硅裂痕(Si cracking)、裝置剝離(device de-bonding)以及 TSV 冒出(pop-out)。
[0003]因此，TSV應(yīng)力的測(cè)量及處理已變成裝置設(shè)計(jì)及整合的重要部分?？上?，現(xiàn)存方法通常需要剖開裝置，例如在使用諸如電子顯微鏡之類的工藝期間。也就是，顯微鏡可能受限于樣本表面拓樸(surface topography)或者是需要物理損壞受測(cè)樣本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的數(shù)個(gè)態(tài)樣大致涉及基于IR的測(cè)量于半導(dǎo)體裝置的TSV周圍/附近應(yīng)力及缺陷的偵測(cè)的方法。具體言之，在一典型具體實(shí)施例中，IR光束會(huì)由IR光源射出穿過在TSV周圍的材料。一旦該IR光束已穿過在該TSV周圍的材料，用一或更多算法分析該光束，以確定關(guān)于TSV缺陷(例如，嵌入裂痕等等)的信息。在一具體實(shí)施例中，該IR光束可分成第一部分與第二部分。該第一部分會(huì)穿過在TSV周圍的材料同時(shí)該第二部分繞過該TSV。在該第一部分穿過該TSV周圍的該材料后，這兩個(gè)部分隨后可再結(jié)合(recombine)，以及如上述，可分析所得光束。
[0005]本發(fā)明的第一態(tài)樣提供一種基于紅外線(IR)的測(cè)量的方法，其包含下列步驟:使源于IR光源的IR光束穿過在半導(dǎo)體裝置的硅穿孔(TSV)周圍的材料；以及在該IR光束穿過該TSV周圍的該材料后，分析該IR光束以確定關(guān)于該TSV周圍的應(yīng)力或缺陷的信息。
[0006]本發(fā)明的第二態(tài)樣提供一種基于紅外線(IR)的測(cè)量的方法，其包含下列步驟:使用IR光源射出IR光束；使該IR光束沿著預(yù)定路徑穿過在半導(dǎo)體裝置的硅穿孔(TSV)周圍的材料；以及在該IR光束穿過該TSV周圍的該材料后，分析該IR光束，以確定關(guān)于該TSV周圍的應(yīng)力或缺陷的信息。
[0007]本發(fā)明的第三態(tài)樣提供一種基于紅外線(IR)的測(cè)量的方法，其包含下列步驟:使用IR光源射出IR光束；將該IR光束分成第一部分與第二部分；使該IR光束的該第一部分穿過在半導(dǎo)體裝置的硅穿孔(TSV)周圍的材料；在該穿過步驟后，使該第一部分與該第二部分結(jié)合；以及在該結(jié)合后，分析該光束，以確定關(guān)于該TSV周圍的應(yīng)力或缺陷的信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]由以下本發(fā)明各態(tài)樣結(jié)合附圖的詳細(xì)說明會(huì)更加明白本發(fā)明這些及其它的特征，其中:
[0009]圖1舉例圖標(biāo)有經(jīng)歷缺陷的硅穿孔(TSV)裝置的半導(dǎo)體裝置；
[0010]圖2根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例圖標(biāo)用基于IR的量測(cè)來分析TSV缺陷；以及
[0011]圖3根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施例圖標(biāo)用基于IR的量測(cè)來分析TSV缺陷。
[0012]附圖不一定按比例繪制。附圖只是用來圖標(biāo)，并非旨在描寫本發(fā)明的特定參數(shù)。附圖旨在只描繪本發(fā)明的典型具體實(shí)施例，因此不應(yīng)被視為用來限制范疇。附圖中，類似的組件用相同的組件符號(hào)表示。
[0013]主要組件符號(hào)說明
[0014]10、56半導(dǎo)體裝置
[0015]12、58TSV
[0016]14嵌入裂痕
[0017]16阻進(jìn)區(qū)
[0018]50,70IR 光源
[0019]52,72 IR 光束
[0020]54.80A.80B 光件
[0021]60、78光束
[0022]62偵測(cè)器
[0023]72A第一部分
[0024]72B第二部分
[0025]73分束器
[0026]74半導(dǎo)體裝置
[0027]76TSV
[0028]82光束結(jié)合器
[0029]84再結(jié)合光束
[0030]86偵測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0031]此時(shí)參考圖標(biāo)具體實(shí)施例的附圖更完整地描述數(shù)個(gè)示范具體實(shí)施例。不過，本揭示內(nèi)容可實(shí)作成許多不同的形式以及不應(yīng)被視為受限于在此提及的具體實(shí)施例。反而，提供所述具體實(shí)施例使得本揭示內(nèi)容徹底和完整而且充分傳達(dá)本揭示內(nèi)容的范疇給此【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員。說明中，可省略習(xí)知特征及技術(shù)的細(xì)節(jié)以免不必要地混淆本發(fā)明具體實(shí)施例。
[0032]用于本文的術(shù)語只是要用來描述特定具體實(shí)施例而非旨在限制本揭示內(nèi)容。如本文所使用的，英文單數(shù)形式“a”、“an”和“the”也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中另有明確指示。此外，英文用語“a”、“an”等不是表示量的限制，反而表示參考項(xiàng)目中的至少一者的存在。用語“集合”旨在意指至少有一個(gè)的數(shù)量。更應(yīng)該理解，用語“包含(comprises)”及/或“包含(comprising) ”、或者“包括(includes) ”及/或“包括(including) ”在用于本專利說明書時(shí)具體描述提及的特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、組件及/或構(gòu)件的存在，但不排除存在或加入一或更多其它特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、組件、構(gòu)件及/或彼等的群組的存在或添加。
[0033]本專利說明書中提到的“ 一個(gè)具體實(shí)施例”、“具體實(shí)施例”、“數(shù)個(gè)具體實(shí)施例”或“數(shù)個(gè)示范具體實(shí)施例”或類似語言意指結(jié)合該具體實(shí)施例所述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)具體實(shí)施例中。因此，出現(xiàn)于本專利說明書各處的詞組“在一個(gè)具體實(shí)施例中”、“在一具體實(shí)施例中”、“在數(shù)個(gè)具體實(shí)施例中”或類似語言可能全都指稱同一個(gè)具體實(shí)施例，但是不一定如此。
[0034]用語“覆于…上”或“在…頂上”，“設(shè)置于…上”或“設(shè)置于…頂上”，“底下”，“在…
下面”或“之下”是指第一組件(例如，第一結(jié)構(gòu)，例如，第一層)出現(xiàn)在第二組件(例如，第二結(jié)構(gòu)，例如，第二層)上，其中，在第一組件與第二組件之間可能存在中介組件，例如接口結(jié)構(gòu)(例如，接口層)。
[0035]如上述，本發(fā)明的態(tài)樣涉及基于IR的量測(cè)于半導(dǎo)體裝置的TSV周圍/附近應(yīng)力及缺陷的偵測(cè)的方法。具體言之，在一典型具體實(shí)施例中，IR光束會(huì)由IR光源射出通過在TSV周圍的材料。一旦該IR光束穿過在TSV周圍的材料，使用一或更多算法分析該光束以確定與TSV缺陷有關(guān)的信息，例如嵌入裂痕等等。在一個(gè)具體實(shí)施例中，該IR光束可分成第一部分與第二部分。該第一部分會(huì)穿過在TSV周圍的材料，而該第二部分繞過該TSV。在該第一部分穿過該TSV周圍的該材料后，這兩個(gè)部分隨后可再結(jié)合，然后如上述，可分析所得的光束。
[0036]圖1圖標(biāo)有TSV12缺陷的半導(dǎo)體裝置10的實(shí)施例。具體言之，如圖標(biāo)，TSV12在材料14內(nèi)部有嵌入裂痕以及“阻進(jìn)(ke印-out)”區(qū)16。如上述，此類缺陷可能大幅影響此類裝置的設(shè)計(jì)及/或整合。在先前技術(shù)的方法中，為了完全評(píng)估和解決缺陷，會(huì)由于需要剖開而破壞裝置。不過，本發(fā)明方法用基于IR光的量測(cè)方法來避免這個(gè)必要。
[0037]具體言之，如圖2至圖3時(shí)所示及以下說明所描述者，本發(fā)明方法使IR光束通過在TSV周圍的材料，然后分析所得的光束。一般而言，此方法利用光子能小于硅帶隙(1.12eV)而變透光的IR光束，因而可提供沿著TSV的全長(zhǎng)的詳細(xì)信息。一般而言，以下原理及算法會(huì)應(yīng)用于下文。此類原理之一是均勻的“媒體”會(huì)產(chǎn)生良好定義的周期性條紋(periodic fringe) 0此類媒體可以揭示與TSV及/或其狀態(tài)有關(guān)的各項(xiàng)信息。根據(jù)壓光效應(yīng)(piezo-optic effect):
[0038]Δ ε Ij(Q)=Pijkl(Q)Xkl
[0039]在此Xkl為應(yīng)力張量以&Pijkl為壓光張量。因此，應(yīng)力或埋藏裂痕缺陷的分布會(huì)導(dǎo)致折射率沿著光束路徑有微擾(perturbation)(以及應(yīng)力相依相移)，這可用以下算法揭示:
【權(quán)利要求】
1.一種基于紅外線IR的測(cè)量的方法，包含: 使源于IR光源的IR光束穿過在半導(dǎo)體裝置的硅穿孔TSV周圍的材料；以及在該IR光束穿過該TSV周圍的該材料后，分析該IR光束，以確定關(guān)于該TSV周圍的應(yīng)力或缺陷的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該分析包括:沿著該IR光束的路徑，測(cè)量該TSV周圍的該材料的一組光學(xué)性質(zhì)的微擾。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，該測(cè)量包括:應(yīng)用以下算法:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，更包括: 由該IR光源射出IR光束；以及 將該光束分成第一部分與第二部分，該穿過包括使該第一部分穿過該TSV周圍的該材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，更包括:在該第一部分穿經(jīng)該TSV周圍的該材料后，使該第一部分與該第二部分結(jié)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，該分析包括:在該結(jié)合后，分析該IR光束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該IR光束具有小于約1.12eV的光子能。
8.一種基于紅外線IR的測(cè)量的方法，包含: 使用IR光源射出IR光束； 使該IR光束沿著預(yù)定路徑穿過在半導(dǎo)體裝置的硅穿孔TSV周圍的材料；以及在該光束穿過該TSV周圍的該材料后，分析該光束，以確定關(guān)于該TSV周圍的應(yīng)力或缺陷的信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該分析包括:沿著該光束的路徑，測(cè)量折射率的微擾。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，該測(cè)量包括:應(yīng)用以下算法:

11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，更包括:將該IR光束分成第一部分與第二部分，該穿過包括使該第一部分穿過該TSV周圍的該材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，更包括:在該第一部分穿過該TSV周圍的該材料后，使該第一部分與該第二部分結(jié)合，以產(chǎn)生再結(jié)合IR光束。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，該分析包括:分析該再結(jié)合IR光束。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該IR光束具有小于約1.12eV的光子能。
15.一種基于紅外線IR的測(cè)量的方法，包含: 使用IR光源射出IR光束； 將該IR光束分成第一部分與第二部分； 使該IR光束的該第一部分穿過在半導(dǎo)體裝置的硅穿孔TSV周圍的材料； 在該穿過后，使該第一部分與該第二部分結(jié)合；以及 在該結(jié)合后，分析該光束，以確定關(guān)于該TSV周圍的應(yīng)力或缺陷的信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該分析包括:沿著該光束的路徑，測(cè)量折射率的微擾。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，該測(cè)量包括:應(yīng)用以下算法:
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該IR光束具有小于約1.12eV的光子能。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該分析包括:應(yīng)用干涉測(cè)量技術(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該方法是實(shí)時(shí)進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】G01J5/00GK103996633SQ201410046667
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月18日
【發(fā)明者】雷鳴 申請(qǐng)人:格羅方德半導(dǎo)體公司