CN104952749A

CN104952749A - 一种焊盘缺陷的检测方法

Info

Publication number: CN104952749A
Application number: CN201410115020.3A
Authority: CN
Inventors: 范春燕; 韩耀梅; 虞勤琴
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2015-09-30

Abstract

本发明提供一种焊盘缺陷的检测方法，包括步骤：1）提供形成有第一金属焊盘结构半导体器件；2）采用显微分析法确定所述第一金属焊盘表面的缺陷区域，其中，所述缺陷区域为第一金属突起缺陷或第二金属扩散缺陷；3）采用腐蚀溶液对所述缺陷区域进行腐蚀，其中，所述腐蚀溶液对所述第一金属的腐蚀速率远大于对所述第二金属的腐蚀速率；4）采用显微分析法对所述缺陷区域进行检测，其中：若所述缺陷区域被去除，则判断所述缺陷区域为第一金属突起缺陷；若所述缺陷区域未被去除，则判断所述缺陷区域为第二金属扩散缺陷。本发明通过对焊盘缺陷区域进行化学处理前后形貌的对比，可以快速有效地区分出铝突起缺陷及铜扩散缺陷，并几乎可以实现零误判。

Description

一种焊盘缺陷的检测方法

技术领域

本发明属于半导体器件缺陷分析领域，特别是涉及一种焊盘缺陷的检测方法。

背景技术

在现代半导体工艺中，随着芯片集成度的增加和尺寸的减小，芯片引脚间距越来越细密化，半导体器件焊盘的质量逐渐成为影响器件失效的主要因素之一。

焊盘作为在半导体器件与其他半导体器件或电子元件间形成连接以构成电子电路模块的承接组件，要求具有良好的导电性和高可靠性，在半导体器件的内部结构中具有重要的作用。对焊盘制作工艺进行优化，历来是器件结构工程师追求的目标。

现有技术中，通用的半导体器件的焊盘由铜线以及焊接于铜线上的铝焊盘组成。由于焊盘的质量对于半导体器件的性能有着举足轻重的作用，在芯片封装前，通常需要对焊盘缺陷进行检测，然后根据检测结果执行相应的排除操作。

影响焊盘质量的两个重要的缺陷是焊盘表面的铝突起缺陷(pad hillock)以及由于焊盘下方的铜扩散所形成的铜扩散缺陷(Cu diffusion)。通常，采用光学显微镜或电子扫描显微镜对铝突起缺陷以及铜扩散缺陷进行检测。然而，由于铝突起缺陷以及铜扩散缺陷在显微镜下的形貌非常相似，难以区分。但是，铝突起缺陷以及铜扩散缺陷是完全不同的两种缺陷，它们的形成机理也截然不同。因此，如果分析不当，常常会发生误判，从而导致后续的排除操作发生异常，影响半导体器件的性能和稳定性。

针对上述缺陷，现有的一种解决方法是采用FIB（聚焦离子束，Focused Ion beam)分析方法对半导体焊盘中的铝突起缺陷以及铜扩散缺陷进行分析判断。FIB是将液态金属(Ga)离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像。其原理是，当采用FIB能观察到突起时，则判断该缺陷为铜扩散缺陷，若观察不到缺陷时，则判断该缺陷为铝突起缺陷。然而，由于FIB成本较高，而且操作耗时，更重要的一点是，其需要精准的定位才能捕捉到铜扩散突起，如果定位不准确捕捉不到铜扩散缺陷区域，则会将该铜扩散缺陷误判为铝突起缺陷。

鉴于以上缺点，本发明提供一种焊盘缺陷的检测方法，可以快速地检测出铝突起缺陷以及铜扩散缺陷，并且，可以使上述两者之间的误判几率几乎降低至零。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种焊盘缺陷的检测方法，用于解决现有技术中焊盘表面的铝突起缺陷以及铜扩散缺陷难以区分容易导致误判的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种焊盘缺陷的检测方法，包括以下步骤：

步骤1），提供形成有第一金属焊盘结构半导体器件；

步骤2），采用显微分析法确定所述第一金属焊盘表面的缺陷区域，其中，所述缺陷区域为第一金属突起缺陷或第二金属扩散缺陷；

步骤3），采用腐蚀溶液对所述缺陷区域进行腐蚀，其中，所述腐蚀溶液对所述第一金属的腐蚀速率远大于对所述第二金属的腐蚀速率；

步骤4），采用显微分析法对所述缺陷区域进行检测，其中：

若所述缺陷区域被去除，则判断所述缺陷区域为第一金属突起缺陷；

若所述缺陷区域未被去除，则判断所述缺陷区域为第二金属扩散缺陷。

作为本发明的焊盘缺陷的检测方法的一种优选方案，所述腐蚀溶液对所述第一金属及第二金属的腐蚀速率比不小于10∶1。

作为本发明的焊盘缺陷的检测方法的一种优选方案，所述第一金属为铝，所述第二金属为铜。

作为本发明的焊盘缺陷的检测方法的一种优选方案，步骤3）采用的腐蚀溶液为HCl溶液。

作为本发明的焊盘缺陷的检测方法的一种优选方案，所述HCl溶液的质量分数为20%～40%。

作为本发明的焊盘缺陷的检测方法的一种优选方案，步骤3）对所述缺陷区域腐蚀时间为1～5min。

作为本发明的焊盘缺陷的检测方法的一种优选方案，步骤2）及步骤4）所述的显微分析法采用光学显微镜或扫描电子显微镜。

作为本发明的焊盘缺陷的检测方法的一种优选方案，步骤3）在腐蚀后还包括采用去离子水对所述第一金属焊盘结构进行冲洗的步骤。

进一步地，所述冲洗步骤后，还包括采用氮气枪将所述第一金属焊盘结构进行吹干的步骤。

如上所述，本发明提供一种焊盘缺陷的检测方法，包括以下步骤：步骤1），提供形成有第一金属焊盘结构半导体器件；步骤2），采用显微分析法确定所述第一金属焊盘表面的缺陷区域，其中，所述缺陷区域为第一金属突起缺陷或第二金属扩散缺陷；步骤3），采用腐蚀溶液对所述缺陷区域进行腐蚀，其中，所述腐蚀溶液对所述第一金属的腐蚀速率远大于对所述第二金属的腐蚀速率；步骤4），采用显微分析法对所述缺陷区域进行检测，其中：若所述缺陷区域被去除，则判断所述缺陷区域为第一金属突起缺陷；若所述缺陷区域未被去除，则判断所述缺陷区域为第二金属扩散缺陷。本发明通过对焊盘缺陷区域进行化学处理前后形貌的对比，可以快速有效地区分出铝突起缺陷及铜扩散缺陷，并几乎可以实现零误判。本发明步骤简单，检测成本低，可以广泛用于半导体器件缺陷分析领域。

附图说明

图1显示为本发明的焊盘缺陷的检测方法步骤流程示意图。

图2显示为本发明的焊盘缺陷的检测方法步骤2）采用显微分析法所获得焊盘表面缺陷区域示意图。

图3～图4显示为本发明的焊盘缺陷的检测方法经过腐蚀处理后焊盘表面缺陷区域示意图，其中，图3中焊盘经过腐蚀后缺陷被去除，可以判断该缺陷为铝突起缺陷；图4经过腐蚀后缺陷未被去除，可以判断该缺陷为铜扩散缺陷。

元件标号说明

101 第一金属焊盘

102 缺陷区域

S11～S14 步骤1）～步骤4）

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图4所示，本实施例提供一种焊盘缺陷的检测方法，包括以下步骤：

如图1所示，首先进行步骤1）S11，提供形成有第一金属焊盘结构半导体器件。

作为实例，所述半导体器件可以为一切具有焊盘结构的半导体器件，在本实施例中，所述第一金属为铝。所述铝焊盘结构用于引出铜互连结构。

如图1及图2所示，然后进行步骤2）S12，采用显微分析法确定所述第一金属焊盘101表面的缺陷区域102，其中，所述缺陷区域102为第一金属突起缺陷或第二金属扩散缺陷。

作为示例，所述的显微分析法采用光学显微镜或扫描电子显微镜。在本实施例中，采用扫描电子显微镜对所述第一金属焊盘101进行检测，确定出缺陷区域102后，对该缺陷区域102进行标记。当然，采用光学显微镜可以进一步提高检测速度及降低检测成本，但是，其精度较低，可能会观察不到较小的缺陷区域，若对缺陷区域的精度要求较低时，可以选择光学显微镜，以提高提高检测速度及降低检测成本。

在本实施例中，所述第二金属为铜，所述铜为制作于半导体器件中的互连结构。

图2显示为采用扫描电子显微镜所获得的焊盘表面缺陷示意图，由图可以清晰地看出，焊盘表面具有突起状的缺陷区域102，由图2可以确定，该缺陷区域102为铝突起缺陷或铜扩散缺陷，其实际类型需进行后续操作确定。

如图1所示，接着进行步骤3），采用腐蚀溶液对所述缺陷区域102进行腐蚀，其中，所述腐蚀溶液对所述第一金属的腐蚀速率远大于对所述第二金属的腐蚀速率。

作为示例，所述腐蚀溶液对所述第一金属及第二金属的腐蚀速率比不小于10∶1，优选地，所述腐蚀溶液对所述第一金属及第二金属的腐蚀速率比不小于100∶1。当然，选择腐蚀速率比较大的腐蚀溶液，可以更精确地区分所述第一金属突起缺陷或第二金属扩散缺陷。

在本实施例中，由于是判断铝突起缺陷及铜扩散缺陷，故腐蚀溶液可选用为HCl溶液。为了降低检测所需的时间，提高检测效率，所述HCl溶液的质量分数为20%～40%，在本实施例中，所述HCl溶液的质量分数为36%。HCl溶液可以快速地将铝突起缺陷去除，而对铜扩散缺陷则几乎没有影响。

作为示例，对所述缺陷区域102腐蚀时间为1～5min。在本实施例中，对所述缺陷区域102腐蚀时间为2min。

为了进一步提高检测的稳定性，在腐蚀后还包括采用去离子水对所述第一金属焊盘101结构进行冲洗的步骤。并且，所述冲洗步骤后，还包括采用氮气枪将所述第一金属焊盘101结构进行吹干的步骤。

如图1及图3～图4所示，最后进行步骤4），采用显微分析法对所述缺陷区域102进行检测，其中：

若所述缺陷区域102被去除，则判断所述缺陷区域102为第一金属突起缺陷；

若所述缺陷区域102未被去除，则判断所述缺陷区域102为第二金属扩散缺陷。

作为示例，所述的显微分析法采用光学显微镜或扫描电子显微镜。在本实施例中，采用扫描电子显微镜对所述第一金属焊盘101进行标记后的区域进行检测。当然，采用光学显微镜可以进一步提高检测速度及降低检测成本，但是，其精度较低，可能会观察不到较小的缺陷区域，若对缺陷区域的精度要求较低时，可以选择光学显微镜，以提高提高检测速度及降低检测成本。

图3～图4显示为本发明的焊盘缺陷的检测方法经过腐蚀处理后焊盘表面缺陷区域102示意图，其中，图3中焊盘经过腐蚀后缺陷被去除，可以判断该缺陷为铝突起缺陷；图4经过腐蚀后缺陷未被去除，可以判断该缺陷为铜扩散缺陷。

需要说明的是，本发明仅以铝焊盘及铜互连结构为例进行说明，在其他的实施例中，其他类型的金属焊盘及互连引线结构均适用于本发明，因此，本发明所保护的范围，并不仅限于本实施例所提供的示例。

如上所述，本发明提供一种焊盘缺陷的检测方法，包括以下步骤：步骤1），提供形成有第一金属焊盘结构半导体器件；步骤2），采用显微分析法确定所述第一金属焊盘表面的缺陷区域，其中，所述缺陷区域为第一金属突起缺陷或第二金属扩散缺陷；步骤3），采用腐蚀溶液对所述缺陷区域进行腐蚀，其中，所述腐蚀溶液对所述第一金属的腐蚀速率远大于对所述第二金属的腐蚀速率；步骤4），采用显微分析法对所述缺陷区域进行检测，其中：若所述缺陷区域被去除，则判断所述缺陷区域为第一金属突起缺陷；若所述缺陷区域未被去除，则判断所述缺陷区域为第二金属扩散缺陷。本发明通过对焊盘缺陷区域进行化学处理前后形貌的对比，可以快速有效地区分出铝突起缺陷及铜扩散缺陷，并几乎可以实现零误判。本发明步骤简单，检测成本低，可以广泛用于半导体器件缺陷分析领域。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种焊盘缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1），提供形成有第一金属焊盘结构半导体器件；

步骤4），采用显微分析法对所述缺陷区域进行检测，其中：

2.根据权利要求1所述的焊盘缺陷的检测方法，其特征在于：所述腐蚀溶液对所述第一金属及第二金属的腐蚀速率比不小于10∶1。

3.根据权利要求1所述的焊盘缺陷的检测方法，其特征在于：所述第一金属为铝，所述第二金属为铜。

4.根据权利要求3所述的焊盘缺陷的检测方法，其特征在于：步骤3）采用的腐蚀溶液为HCl溶液。

5.根据权利要求4所述的焊盘缺陷的检测方法，其特征在于：所述HCl溶液的质量分数为20%～40%。

6.根据权利要求5所述的焊盘缺陷的检测方法，其特征在于：步骤3）对所述缺陷区域腐蚀时间为1～5min。

7.根据权利要求1所述的焊盘缺陷的检测方法，其特征在于：步骤2）及步骤4）所述的显微分析法采用光学显微镜或扫描电子显微镜。

8.根据权利要求1所述的焊盘缺陷的检测方法，其特征在于：步骤3）在腐蚀后还包括采用去离子水对所述第一金属焊盘结构进行冲洗的步骤。

9.根据权利要求8所述的焊盘缺陷的检测方法，其特征在于：所述冲洗步骤后，还包括采用氮气枪将所述第一金属焊盘结构进行吹干的步骤。