CN117637505A - 裂纹缺陷的检测方法以及检测系统 - Google Patents
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Abstract
一种裂纹缺陷的检测方法以及检测系统，检测方法用于检测钝化层中的裂纹缺陷；检测方法包括：对顶部钝化层进行恶化处理，用于在当钝化层中具有第一类裂纹时，使第一类裂纹贯穿顶部钝化层，暴露出底部钝化层；进行第一腐蚀处理，用于在当钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹时，腐蚀第一类裂纹和第二类裂纹露出的底部钝化层，暴露出金属结构；进行第二腐蚀处理，用于在当钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹以及第三类裂纹时，腐蚀第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹暴露出的金属结构；基于金属结构被腐蚀的位置，对裂纹进行检测。本发明实施例有利于快速、高效且准确地检测裂纹缺陷。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种裂纹缺陷的检测方法以及检测系统。
背景技术
随着超大规模集成电路的发展趋势，集成电路特征尺寸持续减小，人们对集成电路的封装技术的要求相应也不断提高。现有的封装技术包括球栅阵列封装(Ball GridArray，BGA)、芯片尺寸封装(Chip Scale Package，CSP)、晶圆级封装(Wafer LevelPackage，WLP)、三维封装(3D)和系统封装(System in Package，SiP)等。
随着封装工艺的不断发展，多样化的封装形式给芯片封装可靠性带来了严峻的挑战。钝化层由于工艺过程中的应力集中出现裂纹缺陷，裂纹会在后续的环境测试中会不断恶化，严重影响芯片可靠性。
但是，目前无法有效和及时地发现钝化层中存在的微小裂纹。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供一种裂纹缺陷的检测方法以及检测系统，有利于快速、高效且准确地检测裂纹缺陷。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种裂纹缺陷的检测方法，用于检测钝化层中的裂纹缺陷，所述钝化层包括覆盖于金属结构顶面和侧壁的底部钝化层以及位于底部钝化层上的顶部钝化层；所述钝化层中的裂纹缺陷包括第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹中的一种或几种，所述第一类裂纹贯穿部分厚度的顶部钝化层，所述第二类裂纹贯穿所述顶部钝化层和部分厚度的底部钝化层，所述第三类裂纹贯穿所述顶部钝化层和底部钝化层；所述裂纹缺陷的检测方法，包括：对所述顶部钝化层进行恶化处理，用于在当所述钝化层中具有第一类裂纹时，使所述第一类裂纹贯穿顶部钝化层，以暴露出所述底部钝化层；进行第一腐蚀处理，用于在当钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹时，腐蚀所述第一类裂纹和第二类裂纹露出的底部钝化层，以暴露出所述金属结构；进行第二腐蚀处理，用于在当钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹以及第三类裂纹时，腐蚀所述第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹暴露出的金属结构；基于所述金属结构被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测。
可选的，在形成所述钝化层之后，进行封装制程之前，进行所述裂纹缺陷的检测方法。
可选的，在进行解封分析的过程中，进行所述裂纹缺陷的检测方法。
可选的，所述金属结构包括金属线。
可选的，所述金属结构的材料包括铝、铜、钴、钨和镍中的一种或几种。
可选的，基于所述金属结构被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测的步骤包括：在进行第二腐蚀处理之后，利用光学显微镜定位所述金属结构被腐蚀的位置。
可选的，所述恶化处理的工艺包括热处理。
可选的，所述热处理包括热循环测试。
可选的，所述热循环测试的参数包括：温度变化范围为-65℃至150℃，每次循环的时间为15分钟至60分钟。
可选的，进行第一腐蚀处理的步骤包括：采用第一腐蚀液，对所述第一类裂纹和第二类裂纹露出的底部钝化层进行第一腐蚀处理。
可选的，所述底部钝化层的材料包括氧化硅；所述第一腐蚀液包括醋酸和氟化铵的混合溶液。
可选的，进行第一腐蚀处理的时间为20秒至40秒。
可选的，进行第二腐蚀处理的步骤包括：采用第二腐蚀液，对所述第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹暴露出的所述金属结构进行第二腐蚀处理。
可选的，所述金属结构的材料包括铝；所述第二腐蚀液包括盐酸溶液。
可选的，进行第二腐蚀处理的时间为5分钟至10分钟。
相应的，本发明实施例还提供一种裂纹缺陷的检测系统，用于检测钝化层中的裂纹缺陷，所述钝化层包括覆盖于金属结构顶面和侧壁的底部钝化层以及位于底部钝化层上的顶部钝化层；所述钝化层中的裂纹缺陷包括第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹中的一种或几种，所述第一类裂纹贯穿部分厚度的顶部钝化层，所述第二类裂纹贯穿所述顶部钝化层和部分厚度的底部钝化层，所述第三类裂纹贯穿所述顶部钝化层和底部钝化层；所述裂纹缺陷的检测系统，包括：钝化层恶化模块，用于对所述顶部钝化层进行恶化处理，适于在当所述顶部钝化层中具有第一类裂纹时，适于使所述第一类裂纹贯穿顶部钝化层，以暴露出所述底部钝化层；第一腐蚀模块，用于进行第一腐蚀处理，适于在当所述钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹时，腐蚀所述第一类裂纹和第二类裂纹露出的底部钝化层，以暴露出所述金属结构；第二腐蚀模块，用于在当所述钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹以及第三类裂纹时，进行第二腐蚀处理，适于腐蚀所述第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹暴露出的金属结构；检测模块，用于基于所述金属结构被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供的裂纹缺陷的检测方法，通过恶化处理、第一腐蚀处理和第二腐蚀处理，能够对第一类裂纹位置处的金属结构进行腐蚀；通过第一腐蚀处理和第二腐蚀处理，能够对第二类裂纹位置处的金属结构进行腐蚀；通过第二腐蚀处理，能够对第三类裂纹位置处的金属结构进行腐蚀；因此，本发明实施例不仅能够对未完全贯穿钝化层的轻微裂纹缺陷进行检测，提高裂纹缺陷检测的准确性和有效性，而且还能够采用不同步骤确定不同严重程度且存在可靠性风险的裂纹；并且，本发明实施例通过对所述顶部钝化层进行恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理，从而在当钝化层中存在裂纹缺陷时，能够对裂纹缺陷下方的金属结构进行腐蚀，相应便于基于所述金属结构被腐蚀的位置来定位裂纹缺陷，有利于快速、高效且准确地检测裂纹缺陷；此外，在实际检测的过程中，还可以通过选择不同的步骤，识别出不同类型的裂纹缺陷。
可选方案中，在形成钝化层之后，进入封装制程之前，进行所述裂纹缺陷的检测方法，从而在封装前发现裂纹缺陷，有利于减少无效封装和后续可靠性测试，相应有利于节约成本。
附图说明
图1示出了两种封装结构的结构示意图；
图2是一种钝化层内部的裂纹缺陷的电镜图；
图3是本发明裂纹缺陷的检测方法一实施例的流程示意图；
图4是钝化层以及金属结构一实施例的结构示意图；
图5是三种类型的裂纹缺陷的示意图；
图6至图8是本发明裂纹缺陷的检测方法一实施例中各步骤对应的结构示意图；
图9是光学显微镜下的金属结构的俯视示意图；
图10是本发明裂纹缺陷的检测系统的功能框图。
具体实施方式
由背景技术可知，随着封装工艺的不断发展，多样化的封装形式给芯片封装可靠性带来了严峻的挑战，目前无法有效和及时地发现钝化层中存在的微小裂纹。
现结合两种封装结构，分析无法有效和及时地发现钝化层中存在的微小裂纹的原因。
参考图1，示出了两种封装结构的结构示意图。其中，图1(a)示出了一种倒装芯片级封装或倒装芯片球栅格阵列封装的结构示意图，图1(b)示出了一种晶圆级封装的结构示意图。
如图1(a)所示，芯片11键合于基底10上；如图1(b)所示，多个芯片12位于晶圆上，进行晶圆级的封装。
在半导体领域中，在后段工艺的多层金属线制作完成后，通常在芯片的顶部表面形成有金属结构(图未示)以及覆盖金属结构和芯片表面的钝化层(图未示)。在金属结构的直角拐角处，容易出现应力集中的问题，相应地，在金属结构的直角拐角处形成的钝化层容易受到应力的影响，进而在钝化层内部出现裂纹的问题(如图2中虚线框A所示)。钝化层内部出现的裂纹缺陷会在后续的高温、高压、高湿的环境测试中不断恶化，导致芯片的可靠性下降。
目前通常是在封装后进行的环境测试失效之后，进行解封分析(DestructivePhysical Analysis，DPA)，但是，这无法提前发现钝化层中存在的微小裂纹，导致无效的封装和测试，造成人力、物力的浪费，进而容易增加成本。
并且，由于实际芯片设计复杂、裂纹微小，通过光学显微镜无法观察，因此，通常通过高倍扫描电子显微(SEM)仔细观察，这极大地增加了工作量，且无法快速定位发现裂缝，容易耗费人力和浪费SEM大量机时。
此外，还有一种检测方法是对金属结构进行腐蚀处理，若钝化层中存在裂纹，则腐蚀液会沿着裂纹对金属结构进行腐蚀，通过观察金属结构腐蚀的位置，便可对裂纹进行定位。但是，这种方式无法发现未完全贯穿钝化层、但存在可靠性风险的微小裂纹。
为了解决所述技术问题，本发明实施例提供一种裂纹缺陷的检测方法，用于检测钝化层中的裂纹缺陷，所述钝化层包括覆盖于金属结构顶面和侧壁的底部钝化层以及位于底部钝化层上的顶部钝化层。
所述钝化层中的裂纹缺陷包括第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹中的一种或几种，所述第一类裂纹贯穿部分厚度的顶部钝化层，所述第二类裂纹贯穿所述顶部钝化层和部分厚度的底部钝化层，所述第三类裂纹贯穿所述顶部钝化层和底部钝化层。
参考图3，示出了本发明实施例裂纹缺陷的检测方法一实施例的流程示意图。
本实施例中，所述裂纹缺陷的检测方法包括以下基本步骤：
步骤S1：对所述顶部钝化层进行恶化处理，用于在当所述钝化层中具有第一类裂纹时，使所述第一类裂纹贯穿顶部钝化层，以暴露出所述底部钝化层；
步骤S2：进行第一腐蚀处理，用于在当钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹时，腐蚀所述第一类裂纹和第二类裂纹露出的底部钝化层，以暴露出所述金属结构；
步骤S3：进行第二腐蚀处理，用于在当钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹以及第三类裂纹时，腐蚀所述第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹暴露出的金属结构；
步骤S4：基于所述金属结构被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测。
本发明实施例提供的裂纹缺陷的检测方法，通过恶化处理、第一腐蚀处理和第二腐蚀处理，能够对第一类裂纹位置处的金属结构进行腐蚀；通过第一腐蚀处理和第二腐蚀处理，能够对第二类裂纹位置处的金属结构进行腐蚀；通过第二腐蚀处理，能够对第三类裂纹位置处的金属结构进行腐蚀；因此，本发明实施例不仅能够对未完全贯穿钝化层的轻微裂纹缺陷进行检测，提高裂纹缺陷检测的准确性和有效性，而且还能够采用不同步骤确定不同严重程度且存在可靠性风险的裂纹；并且，本发明实施例通过对所述顶部钝化层进行恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理，从而在当钝化层中存在裂纹缺陷时，能够对裂纹缺陷下方的金属结构进行腐蚀，相应便于基于所述金属结构被腐蚀的位置来定位裂纹缺陷，有利于快速、高效且准确地检测裂纹缺陷；此外，在实际检测的过程中，还可以通过选择不同的步骤，识别出不同类型的裂纹缺陷。
为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。图6至图8是本发明裂纹缺陷的检测方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
本实施例中，所述裂纹缺陷的检测方法，用于检测钝化层中的裂纹缺陷。
结合参考图4，示出了钝化层以及金属结构一实施例的结构示意图。
如图4所示，所述钝化层100包括覆盖于金属结构130顶面和侧壁的底部钝化层110以及位于底部钝化层110上的顶部钝化层120。
本实施例中，所述金属结构130包括金属线。金属线用于实现在芯片上的布线，以满足电路设计的要求。
作为一种示例，所述金属结构130的材料包括铝、铜、钴、钨和镍中的一种或几种。本实施例中，以所述金属结构130的材料为铝为示例进行说明。
所述钝化层100位于芯片的表面，用于对芯片内部的结构起到保护作用，还对金属结构130起到保护作用。
本实施例中，所述钝化层100为多层结构，包括覆盖于金属结构130顶面和侧壁的底部钝化层110以及位于底部钝化层110上的顶部钝化层120。
本实施例中，所述底部钝化层110的材料为氧化硅，所述顶部钝化层120的材料为氮化硅。
在半导体领域中，在金属结构130的直角拐角处，容易出现应力集中的问题，在金属结构130的直角拐角处形成的钝化层100容易受到应力的影响，进而在钝化层100内部容易出现裂纹的问题。
结合参考图5，示出了三种类型的裂纹缺陷的示意图。
作为一种示例，所述钝化层100中的裂纹缺陷包括第一类裂纹201(如图5(a)所示)、第二类裂纹202(如图5(b)所示)和第三类裂纹203(如图5(c)所示)中的一种或几种，所述第一类裂纹201贯穿部分厚度的顶部钝化层120，所述第二类裂纹202贯穿所述顶部钝化层120和部分厚度的底部钝化层110，所述第三类裂纹203贯穿所述顶部钝化层120和底部钝化层110。
其中，所述第一类裂纹201和第二类裂纹203为深度较小、未完全贯穿钝化层100的轻微裂纹缺陷，但仍存在可靠性风险，使用传统的检测方法通常难以准确检测。
本实施例中，所述裂纹缺陷的检测方法包括：
参考图3和图6，其中，图6为进行恶化处理后的钝化层的结构示意图，执行步骤S1：对所述顶部钝化层120进行恶化处理，用于在当所述钝化层120中具有第一类裂纹201时，使所述第一类裂纹201贯穿顶部钝化层120，以暴露出所述底部钝化层110。
恶化处理用于进一步引发顶部钝化层120开裂，从而使顶部钝化层120完全裂开，以暴露出底部钝化层110，进而便于后续通过贯穿顶部钝化层120的第一类裂纹201，对底部钝化层110进行第一腐蚀处理。
作为一种示例，所述恶化处理的工艺包括热处理。热处理的过程中，能够释放顶部钝化层120中的应力，进而能够加速第一类裂纹201的开裂，以使得第一类裂纹201在进行恶化处理后能够完全贯穿顶部钝化层120。
作为一具体实施例，所述热处理包括热循环测试(Thermal Cycling Test，TCT)。热循环测试的过程中，将样品暴露于高低温交替变化的环境内，样品在短时间内经历从低温到高温变化的循环，能够加速暴露出元器件内部因材料的热膨胀系数不匹配等问题而产生的应力缺陷，进而能够加速顶部钝化层120中第一类裂纹201的开裂，以使热循环测试后的第一类裂纹201能够完全贯穿顶部钝化层120。
本实施例中，所述热循环测试的参数包括：温度变化范围为-65℃至150℃，每次循环的时间为15分钟至60分钟。
通过将温度变化范围设置在-65℃至150℃，从而能够使顶部钝化层120暴露出在低温和高温环境中，且温度变化范围较大，有利于显著加速顶部钝化层120中第一类裂纹201的开裂。
需要说明的是，热循环测试的过程中，每次循环的时间不宜过短，也不宜过长。若每次循环的时间过短，则温度变化范围难以满足工艺需求；若每次循环的时间过长，则容易增加恶化处理的时间，进而容易浪费工时。为此，本实施例中，每次循环的时间为15分钟至60分钟。
在其他实施例中，基于实际的工艺需求，还可以采用其他合适的方式，进行恶化处理。
需要说明的是，在具体实施中，在当钝化层100中具有第二类裂纹202时，在进行恶化处理的过程中，第二类裂纹202也会裂开更多，甚至直接暴露金属结构130。
参考图3和图7，执行步骤S2：进行第一腐蚀处理，用于在当钝化层100中具有第一类裂纹201和第二类裂纹202时，腐蚀所述第一类裂纹201和第二类裂纹202露出的底部钝化层110，以暴露出所述金属结构130。
暴露出金属结构130，以便对暴露出的金属结构130进行腐蚀处理。
作为一种示例，进行第一腐蚀处理的步骤包括：采用第一腐蚀液，对所述第一类裂纹201和第二类裂纹202露出的底部钝化层110进行第一腐蚀处理。第一腐蚀液能够进入第一类裂纹201和第二类裂纹202中，进而对底部钝化层110进行腐蚀。
更具体地，将样品浸泡在所述第一腐蚀液中，以对所述第一类裂纹201和第二类裂纹202露出的底部钝化层进110行第一腐蚀处理。
本实施例中，所述底部钝化层110的材料包括氧化硅；所述第一腐蚀液包括醋酸(CH3COOH)和氟化铵(NH4F)的混合溶液。
作为一具体实施例，所述第一腐蚀液中，CH3COOH的体积百分比浓度为32％，NH4F的体积百分比浓度为13％。
在其他实施例中，当底部钝化层的材料为其他材料时，相应选择其他合适的第一腐蚀液对底部钝化层进行腐蚀。
需要说明的是，进行第一腐蚀处理的时间不宜过短，也不宜过长。若第一腐蚀处理的时间过短，则容易增加裂纹露出的底部钝化层110未被完全刻蚀开的几率，进而容易增加金属结构130未被暴露出的概率；若第一腐蚀处理的时间过长，容易造成工艺时间的浪费。为此，本实施例中，进行第一腐蚀处理的时间为20秒至40秒。
参考图3和图8，执行步骤S3：进行第二腐蚀处理，用于在当钝化层100中具有第一类裂纹201和第二类裂纹202以及第三类裂纹203时，腐蚀所述第一类裂纹201、第二类裂纹202和第三类裂纹203暴露出的金属结构130。
腐蚀暴露出的金属结构130，以便后续基于所述金属结构130被腐蚀的位置，对裂纹进行定位，以便对所述裂纹进行检测。
本实施例中，通过恶化处理、第一腐蚀处理和第二腐蚀处理，能够对第一类裂纹201位置处的金属结构130进行腐蚀；通过第一腐蚀处理和第二腐蚀处理，能够对第二类裂纹202位置处的金属结构130进行腐蚀；通过第二腐蚀处理，能够对第三类裂纹201位置处的金属结构130进行腐蚀；因此，基于所述金属结构130被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测，不仅能够对未完全贯穿钝化层100的轻微裂纹缺陷进行检测，提高裂纹缺陷检测的准确性和有效性，而且还能够采用不同步骤确定不同严重程度且存在可靠性风险的裂纹。
并且，本实施例通过对所述顶部钝化层120进行恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理，从而在当钝化层100中存在裂纹缺陷时，能够对裂纹缺陷下方的金属结构130进行腐蚀，相应便于基于所述金属结构130被腐蚀的位置来定位裂纹缺陷，有利于快速、高效且准确地检测裂纹缺陷。
此外，在实际检测的过程中，还可以通过选择不同的步骤，识别出不同类型的裂纹缺陷。
例如：在实际检测的过程中，若仅能够在进行第一腐蚀处理和第二腐蚀处理的步骤之后，检测到裂纹缺陷，则可以确定是第二类裂纹202；或者，还可以选择仅进行第二腐蚀处理的步骤，若此时检测到裂纹缺陷，则裂纹缺陷为第三类裂纹203；或者，若仅能够在进行恶化处理、第一腐蚀处理和第二腐蚀处理的步骤之后，检测到裂纹缺陷，则可以确定是第一类裂纹201。
本实施例中，进行第二腐蚀处理的步骤包括：采用第二腐蚀液，对所述第一类裂纹201、第二类裂纹202和第三类裂纹203暴露出的所述金属结构130进行第二腐蚀处理。
具体地，第二腐蚀液能够进入所述第一类裂纹201、第二类裂纹202和第三类裂纹203内，与暴露出的金属结构130相接触，进而对暴露出的金属结构130进行第二腐蚀处理。
更具体地，将样品浸泡在第二腐蚀液中，以对所述第一类裂纹201、第二类裂纹202和第三类裂纹203暴露出的所述金属结构130进行第二腐蚀处理。
本实施例中，所述金属结构130的材料包括铝；所述第二腐蚀液包括盐酸溶液。
作为一具体实施例，所述盐酸溶液的体积百分比浓度为25％。
在其他实施例中，当金属结构的材料为其他材料时，相应选择其他合适的第二腐蚀液对金属结构进行腐蚀。
需要说明的是，进行第二腐蚀处理的时间不宜过短，也不宜过长。若第二腐蚀处理的时间过短，容易导致金属结构130未被腐蚀或被腐蚀的区域过小，进而容易增加后续基于所述金属结构130被腐蚀的位置对所述裂纹进行检测的难度；若第二腐蚀处理的时间过长，容易造成工艺时间的浪费。为此，本实施例中，进行第二腐蚀处理的时间为5分钟至10分钟。
参考图3，执行步骤S4：基于所述金属结构130被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测。
基于所述金属结构130被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测，不仅能够对未完全贯穿钝化层100的轻微裂纹缺陷进行检测，提高裂纹缺陷检测的准确性和有效性，而且还能够采用不同步骤以确定不同严重程度且存在可靠性风险的裂纹。
并且，本实施例通过对所述顶部钝化层120进行恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理，从而在当钝化层100中存在裂纹缺陷时，能够对裂纹缺陷下方的金属结构130进行腐蚀，相应便于基于所述金属结构130被腐蚀的位置来定位裂纹缺陷，有利于快速、高效且准确地检测裂纹缺陷。
具体地，裂纹通常较为细小，与直接观察裂纹相比，通过基于金属结构130被腐蚀的位置来定位裂纹缺陷，从而能够将裂纹位置处的缺陷放大，观察到金属结构130被腐蚀的位置的难度更低，相应便于快速、高效地定位裂纹缺陷。
本实施例中，基于金属结构130被腐蚀的位置，对裂纹进行检测的步骤包括：在进行第二腐蚀处理后，利用光学显微镜定位金属结构130被腐蚀的位置。
具体地，金属结构130被腐蚀的区域的面积通常较大，从而能够利用光学显微镜定位所述金属结构130被腐蚀的位置，操作简单，在普通化学实验室即可完成。
结合参考图9，示出了光学显微镜下的金属结构130的俯视示意图。其中，图9(a)示出了在恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理之前的金属结构130的俯视示意图，图9(b)示出了在恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理之后的金属结构130的俯视示意图。
如图9所示，在恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理之前，在光学显微镜下基本观察不到裂纹，在恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理之后，金属结构130被腐蚀的位置200能够清晰、明显地在光学显微镜下观察到，从而便于快速、准确地定位裂纹缺陷。
相应地，在具体实施中，在利用光学显微镜定位所述金属结构130被腐蚀的位置之后，如有需要，还可以利用电子扫描显微镜对金属结构130被腐蚀的位置进行观察，以进一步观察此处的钝化层100中的裂纹缺陷。
需要说明的是，在光学显微镜下，钝化层100是透明的，因此，在图9中仅示意出金属结构130。
还需要说明的是，本实施例中，在形成钝化层100之后，进入封装制程之前，进行裂纹缺陷的检测方法，从而在封装前发现裂纹缺陷，有利于减少无效封装和后续可靠性测试，相应有利于节约成本。在其他实施例中，还可以是在进行解封分析的过程中，进行所述裂纹缺陷的检测方法。
相应的，本发明还提供一种裂纹缺陷的检测系统。图10是本发明裂纹缺陷的检测系统一实施例的功能框图。
本实施例中，所述裂纹缺陷的检测系统，用于检测钝化层中的裂纹缺陷。
结合参考图4，示出了钝化层以及金属结构一实施例的结构示意图。
如图4所示，所述钝化层100包括覆盖于金属结构130顶面和侧壁的底部钝化层110以及位于底部钝化层110上的顶部钝化层120。
本实施例中，所述金属结构130包括金属线。金属线用于实现在芯片上的布线，以满足电路设计的要求。作为一种示例，所述金属结构130的材料包括铝、铜、钴、钨和镍中的一种或几种。本实施例中，以所述金属结构130的材料为铝为示例进行说明。
所述钝化层100位于芯片的表面，用于对芯片内部的结构起到保护作用，还对金属结构130起到保护作用。
本实施例中，所述钝化层100为多层结构，包括覆盖于金属结构130顶面和侧壁的底部钝化层110以及位于底部钝化层110上的顶部钝化层120。
本实施例中，所述底部钝化层110的材料为氧化硅，所述顶部钝化层120的材料为氮化硅。
在半导体领域中，在金属结构130的直角拐角处，容易出现应力集中的问题，相应地，在金属结构130的直角拐角处形成的钝化层容易受到应力的影响，进而在钝化层100内部容易出现裂纹的问题。
结合参考图5，示出了三种类型的裂纹缺陷的示意图。
作为一种示例，所述钝化层100中的裂纹缺陷包括第一类裂纹201(如图5(a)所示)、第二类裂纹202(如图5(b)所示)和第三类裂纹203(如图5(c)所示)中的一种或几种，所述第一类裂纹201贯穿部分厚度的顶部钝化层120，所述第二类裂纹202贯穿所述顶部钝化层120和部分厚度的底部钝化层110，所述第三类裂纹203贯穿所述顶部钝化层120和底部钝化层110。
其中，第一类裂纹201和第二类裂纹203为深度较小、未完全贯穿钝化层100的轻微裂纹缺陷，但仍存在可靠性风险，使用传统的检测方法通常难以准确检测。
参考图10，本实施例中，所述裂纹缺陷的检测系统30，包括：钝化层恶化模块31，用于对所述顶部钝化层120进行恶化处理，适于在当所述顶部钝化层120中具有第一类裂纹201时，使所述第一类裂纹201贯穿顶部钝化层120，以暴露出所述底部钝化层110；第一腐蚀模块32，用于进行第一腐蚀处理，适于在当所述钝化层100中具有第一类裂纹201和第二类裂纹202时，腐蚀所述第一类裂纹201和第二类裂纹202露出的底部钝化层110，以暴露出所述金属结构130；第二腐蚀模块33，用于在当所述钝化层100中具有第一类裂纹201和第二类裂纹202以及第三类裂纹203时，进行第二腐蚀处理，适于腐蚀所述第一类裂纹201、第二类裂纹202和第三类裂纹203暴露出的金属结构130；检测模块34，用于基于所述金属结构130被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测。
所述裂纹缺陷的检测系统30中，通过钝化层恶化模块31、第一腐蚀模块32和第二腐蚀模块33，能够对第一类裂纹201位置处的金属结构130进行腐蚀；通过第一腐蚀模块32和第二腐蚀模块33，能够对第二类裂纹202位置处的金属结构130进行腐蚀；通过第二腐蚀模块33，能够对第三类裂纹203位置处的金属结构130进行腐蚀。
因此，本实施例提供的检测系统，不仅能够对未完全贯穿钝化层100的轻微裂纹缺陷进行检测，提高裂纹缺陷检测的准确性和有效性，而且还能够采用不同步骤，以确定不同严重程度且存在可靠性风险的裂纹。
并且，本实施例通过钝化层恶化模块31、第一腐蚀模块32和第二腐蚀模块33，从而在当钝化层100中存在裂纹缺陷时，能够对裂纹缺陷下方的金属结构130进行腐蚀，相应便于检测模块34基于所述金属结构130被腐蚀的位置来定位裂纹缺陷，有利于快速、高效且准确地检测裂纹缺陷。
此外，在实际检测的过程中，还可以通过选择不同的步骤，识别出不同类型的裂纹缺陷。
结合参考图6，钝化层恶化模块31用于进一步引发顶部钝化层120开裂，从而使顶部钝化层120完全裂开，以暴露出底部钝化层110，进而便于后续通过贯穿顶部钝化层120的第一类裂纹201，对底部钝化层110进行第一腐蚀处理。
作为一种示例，所述恶化处理的工艺包括热处理。热处理的过程中，能够释放顶部钝化层120中的应力，进而能够加速第一类裂纹201的开裂，以使得第一类裂纹201在进行恶化处理后能够完全贯穿顶部钝化层120。
作为一具体实施例，所述热处理包括热循环测试(Thermal Cycling Test，TCT)。热循环测试的过程中，将样品暴露于高低温交替变化的环境内，样品在短时间内经历从低温到高温变化的循环，能够加速暴露出元器件内部因材料的热膨胀系数不匹配等问题而产生的应力缺陷，进而能够加速顶部钝化层120中第一类裂纹201的开裂，以使热循环测试后的第一类裂纹201能够完全贯穿顶部钝化层120。
本实施例中，所述热循环测试的参数包括：温度变化范围为-65℃至150℃，每次循环的时间为15分钟至60分钟。
通过将温度变化范围设置在-65℃至150℃，从而能够使顶部钝化层120暴露出在低温和高温环境中，且温度变化范围较大，有利于显著加速顶部钝化层120中第一类裂纹201的开裂。
需要说明的是，热循环测试的过程中，每次循环的时间不宜过短，也不宜过长。若每次循环的时间过短，则温度变化范围难以满足工艺需求；若每次循环的时间过长，则容易增加恶化处理的时间，进而容易浪费工时。为此，本实施例中，每次循环的时间为15分钟至60分钟。
在其他实施例中，基于实际的工艺需求，还可以采用其他合适的方式，进行恶化处理。
需要说明的是，在具体实施中，在当钝化层100中具有第二类裂纹202时，在进行恶化处理的过程中，第二类裂纹202也会裂开更多，甚至直接暴露金属结构130。
结合参考图7，第一腐蚀模块32进行第一腐蚀处理，用于在当钝化层100中具有第一类裂纹201和第二类裂纹202时，腐蚀所述第一类裂纹201和第二类裂纹202露出的底部钝化层110，以暴露出所述金属结构130，以便第二腐蚀模块33对暴露出的金属结构130进行腐蚀处理。
作为一种示例，采用第一腐蚀液，对所述第一类裂纹201和第二类裂纹202露出的底部钝化层110进行第一腐蚀处理。第一腐蚀液能够进入第一类裂纹201和第二类裂纹202中，进而对底部钝化层110进行腐蚀。
更具体地，将样品浸泡在所述第一腐蚀液中，以对所述第一类裂纹201和第二类裂纹202露出的底部钝化层110进行第一腐蚀处理。
本实施例中，所述底部钝化层110的材料包括氧化硅；所述第一腐蚀液包括醋酸(CH3COOH)和氟化铵(NH4F)的混合溶液。
作为一具体实施例，所述第一腐蚀液中，CH3COOH的体积百分比浓度为32％，NH4F的体积百分比浓度为13％。
在其他实施例中，当底部钝化层的材料为其他材料时，相应选择其他合适的第一腐蚀液对底部钝化层进行腐蚀。
需要说明的是，进行第一腐蚀处理的时间不宜过短，也不宜过长。若第一腐蚀处理的时间过短，则容易增加裂纹露出的底部钝化层110未被完全刻蚀开的几率，进而容易增加金属结构130未被暴露出的概率；若第一腐蚀处理的时间过长，容易造成工艺时间的浪费。为此，本实施例中，进行第一腐蚀处理的时间为20秒至40秒。
结合参考图8，第二腐蚀模块33用于在当钝化层100中具有第一类裂纹201和第二类裂纹202以及第三类裂纹203时，腐蚀所述第一类裂纹201、第二类裂纹202和第三类裂纹203暴露出的金属结构130，以便检测模块33基于所述金属结构130被腐蚀的位置，对裂纹进行定位，以便对所述裂纹进行检测。
本实施例中，通过钝化层恶化模块31、第一腐蚀模块32和第二腐蚀模块33，能够对第一类裂纹201位置处的金属结构130进行腐蚀；通过第一腐蚀模块32和第二腐蚀模块33，能够对第二类裂纹202位置处的金属结构130进行腐蚀；通过第二腐蚀模块33，能够对第三类裂纹201位置处的金属结构130进行腐蚀；因此，检测模块34基于所述金属结构130被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测，不仅能够对未完全贯穿钝化层100的轻微裂纹缺陷进行检测，提高裂纹缺陷检测的准确性和有效性，而且还能够采用不同步骤确定不同严重程度且存在可靠性风险的裂纹。
并且，本实施例通过对所述顶部钝化层120进行恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理，从而在当钝化层100中存在裂纹缺陷时，能够对裂纹缺陷下方的金属结构130进行腐蚀，相应便于基于所述金属结构130被腐蚀的位置来定位裂纹缺陷，有利于快速、高效且准确地检测裂纹缺陷。
此外，在实际检测的过程中，还可以通过选择不同的步骤，识别出不同类型的裂纹缺陷。
例如：在实际检测的过程中，若仅能够在通过第一腐蚀模块32和第二腐蚀模块33，检测到裂纹缺陷，则可以确定是第二类裂纹202；或者，还可以选择仅通过第二腐蚀模块33检测到裂纹缺陷，则裂纹缺陷为第三类裂纹203；或者，若仅能够通过钝化层恶化模块31、第一腐蚀模块32和第二腐蚀模块33检测到裂纹缺陷，则可以确定是第一类裂纹201。
本实施例中，采用第二腐蚀液，对所述第一类裂纹201、第二类裂纹202和第三类裂纹203暴露出的所述金属结构130进行第二腐蚀处理。
具体地，第二腐蚀液能够进入所述第一类裂纹201、第二类裂纹202和第三类裂纹203内，与暴露出的金属结构130相接触，进而对暴露出的金属结构130进行第二腐蚀处理。
更具体地，将样品浸泡在第二腐蚀液中，以对所述第一类裂纹201、第二类裂纹202和第三类裂纹203暴露出的所述金属结构130进行第二腐蚀处理。
本实施例中，金属结构130的材料包括铝；所述第二腐蚀液包括盐酸溶液。
作为一具体实施例，所述盐酸溶液的体积百分比浓度为25％。
在其他实施例中，当金属结构的材料为其他材料时，相应选择其他合适的第二腐蚀液对金属结构进行腐蚀。
需要说明的是，进行第二腐蚀处理的时间不宜过短，也不宜过长。若第二腐蚀处理的时间过短，容易导致金属结构130未被腐蚀或被腐蚀的区域过小，进而容易增加检测模块34基于所述金属结构130被腐蚀的位置对所述裂纹进行检测的难度；若第二腐蚀处理的时间过长，容易造成工艺时间的浪费。为此，本实施例中，进行第二腐蚀处理的时间为5分钟至10分钟。
检测模块34基于所述金属结构130被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测，不仅能够对未完全贯穿钝化层100的轻微裂纹缺陷进行检测，提高裂纹缺陷检测的准确性和有效性，而且还能够采用不同步骤确定不同严重程度且存在可靠性风险的裂纹。
并且，本实施例通过对所述顶部钝化层120进行恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理，从而在当钝化层100中存在裂纹缺陷时，能够对裂纹缺陷下方的金属结构130进行腐蚀，相应便于基于所述金属结构130被腐蚀的位置来定位裂纹缺陷，有利于快速、高效且准确地检测裂纹缺陷。
具体地，裂纹通常较为细小，与直接观察裂纹相比，通过基于所述金属结构130被腐蚀的位置来定位裂纹缺陷，能够将裂纹位置处的缺陷放大，观察到金属结构130被腐蚀的位置的难度更低，相应便于快速、高效地定位裂纹缺陷。
本实施例中，检测模块34利用光学显微镜定位所述金属结构130被腐蚀的位置。具体地，金属结构130被腐蚀的区域的面积通常较大，从而能够利用光学显微镜定位所述金属结构130被腐蚀的位置，操作简单，在普通化学实验室即可完成。
结合参考图9，示出了光学显微镜下的金属结构130的俯视示意图。其中，图9(a)示出了在恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理之前的金属结构130的俯视示意图，图9(b)示出了在恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理之后的金属结构130的俯视示意图。
如图9所示，在恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理之前，在光学显微镜下基本观察不到裂纹，在恶化处理、进行第一腐蚀处理以及进行第二腐蚀处理之后，金属结构130被腐蚀的位置200能够清晰、明显地在光学显微镜下观察到，从而便于快速、准确地定位裂纹缺陷。
相应地，在具体实施中，在利用光学显微镜定位所述金属结构130被腐蚀的位置之后，如有需要，还可以利用电子扫描显微镜对金属结构130被腐蚀的位置进行观察，以进一步观察此处的钝化层100中的裂纹缺陷。
需要说明的是，本实施例中，裂纹缺陷的检测系统30用于在形成钝化层100之后，进入封装制程之前，对裂纹缺陷进行检测，从而能够在封装前发现裂纹缺陷，有利于减少无效封装和后续可靠性测试，相应有利于节约成本。
在其他实施例中，裂纹缺陷的检测系统还可以用于在进行解封分析的过程中，对裂纹缺陷进行检测。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (16)
1.一种裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，用于检测钝化层中的裂纹缺陷，所述钝化层包括覆盖于金属结构顶面和侧壁的底部钝化层以及位于底部钝化层上的顶部钝化层；所述钝化层中的裂纹缺陷包括第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹中的一种或几种，所述第一类裂纹贯穿部分厚度的顶部钝化层，所述第二类裂纹贯穿所述顶部钝化层和部分厚度的底部钝化层，所述第三类裂纹贯穿所述顶部钝化层和底部钝化层；
所述裂纹缺陷的检测方法，包括：
对所述顶部钝化层进行恶化处理，用于在当所述钝化层中具有第一类裂纹时，使所述第一类裂纹贯穿顶部钝化层，以暴露出所述底部钝化层；
进行第一腐蚀处理，用于在当所述钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹时，腐蚀所述第一类裂纹和第二类裂纹露出的底部钝化层，以暴露出所述金属结构；
进行第二腐蚀处理，用于在当所述钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹以及第三类裂纹时，腐蚀所述第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹暴露出的金属结构；
基于所述金属结构被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测。
2.如权利要求1所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，在形成所述钝化层之后，进行封装制程之前，进行所述裂纹缺陷的检测方法。
3.如权利要求1所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，在进行解封分析的过程中，进行所述裂纹缺陷的检测方法。
4.如权利要求1所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，所述金属结构包括金属线。
5.如权利要求1所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，所述金属结构的材料包括铝、铜、钴、钨和镍中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，基于所述金属结构被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测的步骤包括：在进行第二腐蚀处理之后，利用光学显微镜定位所述金属结构被腐蚀的位置。
7.如权利要求1所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，所述恶化处理的工艺包括热处理。
8.如权利要求7所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，所述热处理包括热循环测试。
9.如权利要求8所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，所述热循环测试的参数包括：温度变化范围为-65℃至150℃，每次循环的时间为15分钟至60分钟。
10.如权利要求1所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，进行第一腐蚀处理的步骤包括：采用第一腐蚀液，对所述第一类裂纹和第二类裂纹露出的底部钝化层进行第一腐蚀处理。
11.如权利要求10所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，所述底部钝化层的材料包括氧化硅；所述第一腐蚀液包括醋酸和氟化铵的混合溶液。
12.如权利要求1、10或11所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，进行第一腐蚀处理的时间为20秒至40秒。
13.如权利要求1所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，进行第二腐蚀处理的步骤包括：采用第二腐蚀液，对所述第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹暴露出的所述金属结构进行第二腐蚀处理。
14.如权利要求13所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，所述金属结构的材料包括铝；所述第二腐蚀液包括盐酸溶液。
15.如权利要求1、13或14所述的裂纹缺陷的检测方法，其特征在于，进行第二腐蚀处理的时间为5分钟至10分钟。
16.一种裂纹缺陷的检测系统，其特征在于，用于检测钝化层中的裂纹缺陷，所述钝化层包括覆盖于金属结构顶面和侧壁的底部钝化层以及位于底部钝化层上的顶部钝化层；所述钝化层中的裂纹缺陷包括第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹中的一种或几种，所述第一类裂纹贯穿部分厚度的顶部钝化层，所述第二类裂纹贯穿所述顶部钝化层和部分厚度的底部钝化层，所述第三类裂纹贯穿所述顶部钝化层和底部钝化层；
所述裂纹缺陷的检测系统，包括：
钝化层恶化模块，用于对所述顶部钝化层进行恶化处理，适于在当所述顶部钝化层中具有第一类裂纹时，适于使所述第一类裂纹贯穿顶部钝化层，以暴露出所述底部钝化层；
第一腐蚀模块，用于进行第一腐蚀处理，适于在当所述钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹时，腐蚀所述第一类裂纹和第二类裂纹露出的底部钝化层，以暴露出所述金属结构；
第二腐蚀模块，用于在当所述钝化层中具有第一类裂纹和第二类裂纹以及第三类裂纹时，进行第二腐蚀处理，适于腐蚀所述第一类裂纹、第二类裂纹和第三类裂纹暴露出的金属结构；
检测模块，用于基于所述金属结构被腐蚀的位置，对所述裂纹进行检测。
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