DE102017222198B4

DE102017222198B4 - System und verfahren zur untersuchung von halbleitersubstraten

Info

Publication number: DE102017222198B4
Application number: DE102017222198.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Nagler; Marianne Unterreitmeier; Sebastian Bernrieder
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2037-12-08
Also published as: US20190178848A1; DE102017222198A1; US10859534B2

Abstract

System zur Untersuchung von Halbleitersubstraten, wobei das System Folgendes umfasst:
einen Indenter, der dazu konfiguriert ist, eine Kraft auf das Halbleitersubstrat auszuüben, so dass ein Riss im Halbleitersubstrat auftritt,
einen piezoelektrischen Schallemissionssensor, der dazu konfiguriert ist, ein von dem Riss abgegebenes akustisches Signal zu detektieren, und
Befestigungsmittel, die dazu konfiguriert sind, den Indenter an einer ersten Fläche des piezoelektrischen Schallemissionssensors anzubringen,
wobei der Indenter und die Befestigungsmittel dazu konfiguriert sind, das akustische Signal zu dem piezoelektrischen Schallemissionssensor zu übertragen, und
wobei die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors aufeinander abgestimmt sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System zur Untersuchung von Halbleitersubstraten und ein Verfahren zur Untersuchung von Halbleitersubstraten.
HINTERGRUND
Halbleitersubstrate müssen möglicherweise während des Herstellungsverfahrens oder danach geprüft werden. Solch eine Prüfung kann unter anderem eine elektrische Prüfung umfassen, wobei ein elektrisches Prüfwerkzeug mit einem Kontaktpad am Halbleitersubstrat elektrisch gekoppelt wird und eine Schaltung im Halbleitersubstrat elektrisch geprüft wird. Das Koppeln des Prüfwerkzeugs an das Kontaktpad kann das in Kontakt bringen eines Prüfstifts mit dem Kontaktpad zum Herstellen einer Verbindung umfassen. Der Prüfstift kann eine bestimmte Kraft auf das Halbleitersubstrat ausüben, wenn der Stift das Kontaktpad berührt, und wenn diese Kraft zu groß ist, kann es zu einem mechanischen Versagen im Halbleitersubstrat, zum Beispiel einem Riss, kommen. Solch ein Riss kann wiederum ein elektrisches Versagen verursachen, da der Riss zum Beispiel einen Leckpfad bereitstellt. Deshalb kann es erforderlich sein, auf Risse zu prüfen, bevor das Halbleitersubstrat an den Kunden geliefert wird, obgleich solch eine Prüfung zeitaufwändig sein kann und die Kosten des Herstellungsprozesses erhöht. Aus diesen und anderen Gründen besteht Bedarf nach einem verbesserten System und einem verbesserten Verfahren zur Untersuchung von Halbleitersubstraten.
DE 297 17 736 U1 beschreibt ein Gerät zur zerstörungsfreien Prüfung von Schicht- oder Verbundwerkstoffen mit Hilfe von Schallemission, wobei die Schichthaftung unter Druck- oder Biegebeanspruchung getestet wird.
JP H01 - 316 632 A zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften dünner Schichten mittels elastischer Wellen, bei dem diese Eigenschaften beispielsweise anhand der Amplitude, Anzahl der während der Messung erzeugten elastischen Wellen oder der Amplitudenverteilung ermittelt werden können.
US 4,856,326 A offenbart eine Apparatur zum Bestimmen der Haftung von dünnen Schichten an einem Substrat, bei dem eine in einem Winkel zur Horizontalen angeordnete Probe einer Druckbelastung ausgesetzt wird, und die Schichthaftung anhand der Eindringtiefe des Druckstempels sowie der Ausbreitung der dadurch in der Schicht entstehenden Risse bestimmt wird.
WO 96/10737 A1 beschreibt einen Aufbau zur Prüfung der Härte von Schichten auf einem Substrat, bei der die untersuchte Oberfläche der Schicht mit einem Laser beleuchtet wird, so dass eine Raman-Streuung auftritt, und das gestreute Licht auf Verformung oder Beschädigung der Schicht untersucht wird.
KURZFASSUNG
Verschiedene Aspekte betreffen ein System zur Untersuchung von Halbleitersubstraten, wobei das System einen Indenter, der dazu konfiguriert ist, eine Kraft auf das Halbleitersubstrat auszuüben, so dass ein Riss im Halbleitersubstrat auftritt, einen piezoelektrischen Schallemissionssensor, der dazu konfiguriert ist, ein von dem Riss abgegebenes akustisches Signal zu detektieren, und Befestigungsmittel, die dazu konfiguriert sind, den Indenter an einer ersten Fläche des piezoelektrischen Schallemissionssensors anzubringen, umfasst, wobei der Indenter und die Befestigungsmittel dazu konfiguriert sind, das akustische Signal zu dem piezoelektrischen Schallemissionssensor zu übertragen, und wobei die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors aufeinander abgestimmt sind.
Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren zur Untersuchung eines Halbleitersubstrats, wobei das Verfahren Ausüben einer Kraft auf das Halbleitersubstrat unter Verwendung eines Indenters, derart, dass ein Riss im Halbleitersubstrat auftritt, und Detektieren eines durch den Riss ausgesendeten akustischen Signals unter Verwendung eines piezoelektrischen Schallemissionssensors umfasst, wobei der Indenter unter Verwendung einer Hartklebstoffschicht oder einer Weichlotschicht oder von mechanischen Fixiermitteln an einer ersten Fläche des piezoelektrischen Schallemissionssensors angebracht ist, wobei der Indenter und die Hartklebstoffschicht oder die Weichlotschicht oder die mechanischen Fixiermittel dazu konfiguriert sind, das akustische Signal zu dem piezoelektrischen Schallemissionssensor zu übertragen, und wobei die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors aufeinander abgestimmt sind.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen stellen Beispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundzüge der Offenbarung zu erläutern. Andere Beispiele und viele der beabsichtigten Vorteile der Offenbarung gehen bei besserem Verständnis unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung leicht hervor. Die Elemente der Zeichnungen sind bezüglich einander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen können entsprechende ähnliche Teile bezeichnen.

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Systems zur Untersuchung von Halbleitersubstraten gemäß der Offenbarung, wobei das System einen Indenter und einen Schallemissionssensor umfasst.
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Halbleitersubstrats gemäß der Offenbarung.
3, die die 3A und 3B umfasst, zeigt schematische Seitenansichten eines Verbundindenters und eines monolithischen Indenters gemäß der Offenbarung.
4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Arrays von Prüfstiften gemäß der Offenbarung.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Untersuchung eines Halbleitersubstrats gemäß der Offenbarung.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Prüfen eines Halbleitersubstrats gemäß der Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Obgleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt eines Beispiels in Bezug auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart worden sein kann, kann ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt darüber hinaus mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie dies für eine beliebige gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann, es sei denn, es wird speziell etwas anderes angegeben oder es besteht eine technische Einschränkung. Sofern die Begriffe „enthalten“, „aufweisen“, „mit“ oder andere Variationen davon, entweder in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen, verwendet werden, sollen diese Begriffe des Weiteren in ähnlicher Weise wie der Begriff „umfassen“ eine einschließliche Bedeutung haben. Es können die Begriffe „gekoppelt“ und „verbunden“ nebst Ableitungen davon verwendet werden. Es sollte auf der Hand liegen, dass diese Begriffe dazu verwendet werden können, anzuzeigen, dass zwei Elemente zusammenwirken oder miteinander interagieren, wobei es unerheblich ist, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt miteinander stehen oder nicht in direktem Kontakt miteinander stehen; es können Zwischenelemente oder -lagen zwischen den „gebondeten“, „befestigten“ oder „verbundenen“ Elementen vorgesehen sein. Des Weiteren soll der Begriff „beispielhaft“ ein Beispiel und nicht das Beste oder Optimale bedeuten.
Die weiter unten beschriebenen Halbleitersubstrate können Halbleiterwafer, künstliche Wafer oder Verbundwafer oder (vereinzelte) Halbleiterchips umfassen oder daraus bestehen. Die Halbleitersubstrate können verschiedene Arten von Halbleiterchips oder -schaltungen, die in den Halbleiterchips enthalten sind, darunter AC-DC- oder DC-DC-Wandlerschaltungen, Leistungs-MOS-Transistoren, Leistungs-Schottky-Dioden, JFETs (Junction Gate Field Effect Transistors / Sperrschichtfeldeffekttransistoren), Leistungsbipolartransistoren, analoge integrierte Schaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, Sensorschaltungen, MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems / mikroelektromechanische Systeme), Leistungs-ICs, Chips mit integrierten passiven Bauelementen, MOS-Transistorstrukturen oder Vertikaltransistorstrukturen wie zum Beispiel einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor / Bipolartransistor mit isoliertem Gate), umfassen.
Die Halbleitersubstrate können Isoliermaterialien umfassen, die zum Beispiel zur Bereitstellung von Isolierschichten für elektrische Schaltungen und Bauteile verwendet werden. Zum Beispiel können die Halbleitersubstrate eine oder mehrere elektrisch isolierende Oxidschichten umfassen. Die Isolierschichten können auf einer Hauptseite der Halbleitersubstrate angeordnet sein. Die Isolierschichten können spröde sein, insbesondere spröder als ein Halbleiter-Einkristall oder eine oder mehrere Metallschichten, das bzw. die in den Halbleitersubstraten enthalten ist bzw. sind.
Die Halbleitersubstrate können aus einem bestimmten Halbleitermaterial, zum Beispiel Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN, oder aus irgendeinem anderen Halbleitermaterial hergestellt sein und können ferner anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie zum Beispiel Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle.
Die Halbleitersubstrate können Kontaktpads (oder Elektroden) aufweisen, die die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit den in den Halbleitersubstraten enthaltenen integrierten Schaltungen gestatten. Die Elektroden können alle nur auf einer Hauptseite des Halbleitersubstrats oder auf beiden Hauptseiten des Halbleitersubstrats angeordnet sein. Sie können eine oder mehrere Elektrodenmetallschichten enthalten, die auf das Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats aufgebracht sind. Die Elektrodenmetallschichten können mit irgendeiner gewünschten geometrischen Form und irgendeiner gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt sein. Zum Beispiel können sie ein aus der Gruppe aus Cu, Ni, NiSn, Au, Ag, Pt, Pd, einer Legierung eines oder mehrerer dieser Metalle, eines elektrisch leitenden organischen Materials oder eines elektrisch leitenden Halbleitermaterials ausgewähltes Material umfassen oder daraus hergestellt sein.
In mehreren Beispielen sind Schichten oder Schichtstapel aufeinander aufgebracht, oder Materialien sind auf Schichten aufgebracht oder darauf abgeschieden. Es sollte auf der Hand liegen, dass Begriffe wie „aufgebracht“ oder „abgeschieden“ buchstäblich alle Arten und Techniken des Aufbringens von Schichten aufeinander mit abdecken sollen. Insbesondere sollen sie Techniken mit abdecken, bei denen Schichten als Ganzes auf einmal aufgebracht werden, wie zum Beispiel Laminierungstechniken sowie Techniken, bei denen Schichten hintereinander abgeschieden werden, wie zum Beispiel Sputtern, Galvanisieren, Formen, Gasphasenabscheidung usw.
1 zeigt ein Beispiel für ein System 100 zur Untersuchung von Halbleitersubstraten. Das System 100 umfasst einen Indenter 110 und einen Schallemissionssensor 120. Das System kann ferner eine Steuerkomponente zum Steuern des Indenters 110 und des Schallemissionssensors 120 umfassen (in 1 nicht gezeigt).
Während der Untersuchung eines Halbleitersubstrats 140 kann das Halbleitersubstrat 140 beispielsweise durch eine Klebstoffschicht auf einen Träger 150 geklebt sein, und das System 100 kann zum Beispiel darunter angeordnet sein, wobei der Indenter 110 zu dem Halbleitersubstrat 140 weist. Der Träger 150 kann zum Beispiel eine Wafer-Aufspannvorrichtung sein.
Der Indenter 110 kann eine Länge 1 in einem Bereich von 10 mm bis 15 mm und einen Durchmesser in einem Bereich von 0,8 mm bis 1,5 mm, insbesondere von 1 mm, aufweisen. Der Indenter 110 kann ein konisch zulaufendes Ende gegenüber dem Schallemissionssensor 120 umfassen, wobei das konisch zulaufende Ende eine Indenterspitze 116 umfasst. Die Indenterspitze 116 kann einen Mindestdurchmesser von 10 µm bis 20 µm aufweisen. Der Indenter 110 kann ein Metall, zum Beispiel Cu oder Rh, umfassen oder daraus bestehen. Gemäß einem Beispiel umfasst die Indenterspitze 116 Diamant oder besteht daraus. Gemäß einem Beispiel ist der Indenter 110 elektrisch leitend. Der Indenter 110 kann starr sein, was bedeutet, dass er sich nicht biegt, wenn über den Indenter 110 eine Kraft an das Halbleitersubstrat 140 angelegt wird, wie weiter unten beschrieben.
Gemäß einem Beispiel umfasst der Indenter 110 einen Indenterstift 112 und eine Indenterbasis 114. Die Indenterbasis 114 kann auf dem unteren Endteil des Indenters 110 gegenüber der Indenterspitze 116 angeordnet sein. Die Indenterbasis 114 kann einen größeren Durchmesser als die Indenterspitze 112 aufweisen. Die Indenterbasis 114 kann dahingehend konfiguriert sein, den Indenter 110 sicher an einer ersten Fläche 121 des Schallemissionssensors 120 anzubringen.
Gemäß einem Beispiel handelt es sich bei dem Indenter 110 um einen monolithischen Indenter, was bedeutet, dass die Indenterspitze 112 (die zum Beispiel die Indenterspitze 116 umfasst) und die Indenterbasis 114 aus einem einzigen Teil hergestellt sind. Gemäß einem anderen Beispiel handelt es sich bei dem Indenter 110 um einen Verbundindenter, was bedeutet, dass die Indenterspitze 112 (die zum Beispiel die Indenterspitze 116 umfasst) und die Indenterbasis 114 aus zwei getrennten Teilen hergestellt sind. Beispiele für einen monolithischen und einen Verbundindenter werden weiter unten gezeigt.
Der Indenter 110 kann dahingehend konfiguriert sein, eine Kraft an das Halbleitersubstrat 140, insbesondere an eine untere Hauptseite 141 des Halbleitersubstrats 140, anzulegen. Zum Beispiel werden der Indenter 110 und der Schallemissionssensor 120, an dem der Indenter 110 angebracht ist, entlang dem Pfeil A zu dem Halbleitersubstrat 140 bewegt, bis der Indenter 110 die untere Hauptseite 141 berührt (kontaktiert). Dann werden der Indenter 110 und der Schallemissionssensor 120 weiter entlang dem Pfeil A bewegt, um eine Kraft auf das Halbleitersubstrat 140 auszuüben. Auf diese Weise kann eine Kraft ausgeübt werden, die dazu ausreicht, einen Riss in dem Halbleitersubstrat 140 zu verursachen. Der Riss kann in einem besonders spröden Teil des Halbleitersubstrats, zum Beispiel in einer Isolierschicht wie beispielsweise einer Oxidschicht, auftreten. Das System 100 kann zum Beispiel dahingehend konfiguriert sein, eine Kraft in einem Bereich von 10 mN bis 400 mN auf das Halbleitersubstrat 140 auszuüben.
Der Riss kann ein akustisches Signal aussenden, und der Indenter 110 kann dahingehend konfiguriert sein, das akustische Signal zu dem Schallemissionssensor 120 zu übertragen. Das akustische Signal kann in einem Bereich von 50 kHz bis 1 MHz liegen, und eine maximale Amplitude des akustischen Signals kann in einem Bereich von 100 kHz bis 200 kHz liegen und kann zum Beispiel ca. 70 dB bis 80 dB betragen. Die Übertragung des akustischen Signals zu dem Schallemissionssensor 120 über den Indenter 110 kann die Empfindlichkeit des Schallemissionssensors 120 erhöhen. Aufgrund dieser erhöhten Empfindlichkeit kann es möglich sein, Risse zu detektieren, die tief im Innern des Halbleitersubstrats 140, zum Beispiel in einer Innenschicht des Halbleitersubstrats 140, auftreten. Ein herkömmlicher Schallemissionssensor ist möglicherweise nicht empfindlich genug, um solch einen inneren Riss zu detektieren.
Der Schallemissionssensor 120 ist dahingehend konfiguriert, das von einem Riss im Halbleitersubstrat 140 ausgesendete akustische Signal zu detektieren. Der Schallemissionssensor 140 kann zum Beispiel von der piezoelektrischen Art sein. Der Schallemissionssensor 140 kann dahingehend konfiguriert sein, das akustische Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Gemäß einem Beispiel kann das System 100 dazu verwendet werden, zu prüfen, welche Kontaktkraft durch einen Stift auf das Halbleitersubstrat 140 ausgeübt wird, ohne einen Riss zu verursachen. Während der Herstellung von Halbleiterbauelementen können solche Stifte dazu verwendet werden, das Halbleitersubstrat mit einer Prüfeinrichtung zum elektrischen Prüfen des Halbleitersubstrats elektrisch zu koppeln. Die Stifte können mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf das Halbleitersubstrat aufprallen und können deshalb eine resultierende Kraft auf das Halbleitersubstrat ausüben. Prüfungen mit dem System 100 können dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit so einzustellen, dass die geprüften Halbleitersubstrate nicht beschädigt werden.
Wie in 1 gezeigt, kann der Indenter 110 auf einer Oberseite 121 des Schallemissionssensors 120 angeordnet sein, wobei die Oberseite 121 zu dem Halbleitersubstrat 140 weist. Der Indenter 110 kann durch ein Befestigungsmittel 130 an der Oberseite 121 befestigt sein. Die Befestigungsmittel 130 können eine Klebstoffschicht, wie eine Hartklebstoffschicht, zum Beispiel eine Schicht, die Cyanacrylat umfasst oder daraus besteht, umfassen oder daraus bestehen. Hierin kann das Element „hart“ bedeuten, dass der Klebstoff beim Aushärten formstabil und unflexibel ist. Die Befestigungsmittel 130 können dahingehend konfiguriert sein, das akustische Signal effizient zu dem Schallemissionssensor 120 zu übertragen. Insbesondere kann sich eine Hartklebstoffschicht möglicherweise besser zur Übertragung des akustischen Signals eignen als eine „weiche“ Klebstoffschicht. Die Befestigungsmittel 130 können für optimale Eigenschaften zur Übertragung des akustischen Signals homogen und gleichmäßig sein.
Gemäß einem anderen Beispiel kann der Indenter 110 unter Verwendung von Befestigungsmitteln 130 in Form von mechanischen Fixiermitteln, wie zum Beispiel einer Klammer oder Schrauben, am Schallemissionssensor 120 befestigt sein.
Gemäß einem Beispiel kann das System 100 zur Verwendung mit verschiedenen Arten von Indentern 110 konfiguriert sein, wobei die verschiedenen Arten von Indentern 110 eine unterschiedliche Geometrie und/oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung und/oder eine unterschiedliche Größe usw. aufweisen können. Das heißt, der Indenter 110 kann von der Oberseite 121 des Schallemissionssensors 120 ablösbar sein, und es kann stattdessen ein anderer Indenter 110 verwendet werden. Das Ablösen des Indenters 110 kann Entfernen der Klebstoffschicht 130 oder Entriegeln der mechanischen Fixiermittel umfassen. Bei Verwendung eines Verbundindenters, wie in 3A gezeigt, kann das Ablösen des Indenters Auswechseln des Stifts 302 und Belassen der Basis 304 in Position umfassen.
Der Indenter 110 kann so auf der Oberseite 121 angeordnet sein, dass der Indenter 110 in der Mitte über einem Erfassungsbereich des Schallemissionssensors 120 positioniert ist. Dies kann die Empfindlichkeit des Schallemissionssensors 120 verbessern.
Die Resonanzfrequenzen des Indenters 110 und des Schallemissionssensors 120 können aufeinander abgestimmt sein, um die Sensorempfindlichkeit zu verbessern. Aufeinanderabstimmen kann Anpassen der Indentergeometrie und/oder -größe und/oder -materialzusammensetzung derart, dass die Indenterresonanzfrequenz und die Resonanzfrequenz des Schallemissionssensors 120 übereinstimmen, umfassen. Aufeinanderabstimmen der Resonanzfrequenzen kann die Amplitude eines detektierten akustischen Signals eines Risses bis zu 10 dB erhöhen. Die aufeinander abgestimmten Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors können in einem Bereich von 100 kHz bis 200 kHz liegen.
Das System 100 kann zum Messen einer elektrischen Eigenschaft des Halbleitersubstrats 140 konfiguriert sein. Zum Beispiel kann das Halbleitersubstrat 140 eine integrierte Schaltung umfassen und das System 100 kann dahingehend konfiguriert sein, die integrierte Schaltung elektrisch zu prüfen. Dazu kann das System 100 eine elektrische Prüfkomponente umfassen, die dahingehend konfiguriert ist, das Halbleitersubstrat 140 (eine darin enthaltene integrierte Schaltung) elektrisch zu prüfen. Der Indenter 110 kann dahingehend konfiguriert sein, die elektrische Prüfkomponente an einen elektrischen Kontakt auf dem Halbleitersubstrat 140 elektrisch zu koppeln, um die integrierte Schaltung zu prüfen. Gemäß einem Beispiel ist das System 100 dahingehend konfiguriert, das Halbleitersubstrat 140 gleichzeitig akustisch und elektrisch zu untersuchen.
2 zeigt ein Beispiel für ein Halbleitersubstrat 200. Das Halbleitersubstrat 200 kann mit dem in 1 gezeigten Halbleitersubstrat 140 identisch sein.
Ein Halbleitersubstrat 200 kann ein Wafer sein, der eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen zur anschließenden Vereinzelung und weiteren Verarbeitung umfasst, oder es kann eine spezielle Prüfstruktur sein. Die spezielle Prüfstruktur kann dahingehend konfiguriert sein, zu prüfen, wieviel Kraft über den Indenter 110 angelegt werden muss, damit ein Riss in der Prüfstruktur auftritt.
Das Halbleitersubstrat 200 kann verschiedene Materialschichten, zum Beispiel elektrisch isolierende Schichten wie Oxidschichten und elektrisch leitende Schichten wie Metallschichten, umfassen. Das Halbleitersubstrat 200 kann eine Oxidschicht 202 (zum Beispiel eine SiO_x-Schicht), eine Metallschicht 204 (zum Beispiel eine Al- oder Cu-Schicht), eine weitere Oxidschicht 206 (zum Beispiel eine SiO_x-Schicht) und einen Halbleiterkörper 208 (zum Beispiel einen Si-Körper) umfassen. Gemäß einem Beispiel umfasst das Halbleitersubstrat 200 eine Umverdrahtungsschicht.
Das Halbleitersubstrat 200 kann einen oder mehrere Kontakte oder Kontaktpads umfassen, die auf der unteren Hauptseite 201 angeordnet sind. Während der elektrischen Prüfung des Halbleitersubstrats 200 kann ein Stift wie der Indenter 110 in Kontakt mit dem Kontaktpad gebracht werden, indem der Stift mit einer bestimmten Kraft auf das Kontaktpad gepresst wird. Es kann Echtzeitschallemissionserfassung, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, verwendet werden, um zu verifizieren, dass das Halbleitersubstrat 200 nicht beschädigt wurde (das heißt kein Riss auftrat), als der Stift in Kontakt mit dem Kontaktpad gebracht wurde.
3A zeigt ein Beispiel für einen Verbundindenter 300, und 3B zeigt ein Beispiel für einen monolithischen Indenter 350. Der Indenter 110 kann dem Verbundindenter 300 oder dem monolithischen Indenter 350 entsprechen. Beide Indenter 300, 350 umfassen einen Indenterstift und eine Indenterbasis. Im Verbundindenter 300 sind der Stift 302 und die Basis 304 zwei getrennte Teile, während im monolithischen Indenter 350 der Stift und die Basis ein einziges Teil sind.
Im Verbundindenter 300 kann der Stift 302 unter Verwendung von Befestigungsmitteln, wie zum Beispiel der Befestigungsmittel 130, an der Basis 304 befestigt sein; insbesondere kann bzw. können ein Hartklebstoff, ein Lot wie ein Weichlot oder mechanische Fixiermittel verwendet werden.
Beide Indenter 300 und 350 können eine flache untere Fläche 301 umfassen. Die flache untere Fläche 301 kann die akustische Kopplung des Indenters 300, 350 an die erste Fläche 121 des Schallemissionssensors 120 verbessern.
4 zeigt einen Array von Prüfstiften 400 zur elektrischen Prüfung eines Halbleitersubstrats wie des Halbleitersubstrats 140. Jeder Prüfstift 402 kann zur elektrischen Kopplung mit einem Kontaktpad des geprüften Halbleitersubstrats konfiguriert sein. Jeder Prüfstift 402 kann zur akustischen Kopplung des geprüften Halbleitersubstrats mit einem Schallemissionssensor, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, konfiguriert sein. Ferner kann jeder Prüfstift 402 einem Indenter wie den Indentern 110, 300 und 350 entsprechen. Der Array von Prüfstiften 400 kann mit einem oder mehreren Schallemissionssensoren gekoppelt sein, die, ähnlich wie der Schallemissionssensor 120 von 1, unter der Montageebene 404 angeordnet sein können.
Es kann ein den Array von Prüfstiften 400, die an einem oder mehreren Schallemissionssensoren gekoppelt sind, umfassendes System zur elektrischen Prüfung während eines Herstellungsprozesses von Halbleiterbauelementen verwendet werden. Insbesondere können der eine oder die mehreren Schallemissionssensoren dazu verwendet werden, in Echtzeit zu verifizieren, ob das Halbleitersubstrat beschädigt wird (das heißt Risse entstehen), wenn die Stifte 402 mit den jeweiligen Kontaktpads in Kontakt kommen. Aufgrund dieser Echtzeitinspektion ist es möglicherweise nicht erforderlich, einen anschließenden (zeitaufwändigeren) speziellen Inspektionsschritt durchzuführen, um zu verifizieren, dass das Halbleitersubstrat nicht beschädigt wurde.
Gemäß einem Beispiel kann der Array von Prüfstiften 400 dahingehend konfiguriert sein, die Position des Risses im Halbleitersubstrat zu detektieren. Zum Beispiel kann der Array von Prüfstiften dahingehend konfiguriert sein, die Amplitude des von dem Riss ausgesendeten akustischen Signals, das jeder Prüfstift 402 des Arrays von Prüfstiften 400 zum Schallemissionssensor überträgt, zu registrieren. Je größer die Amplitude, desto näher kann der Riss im Halbleitersubstrat am jeweiligen Stift 402 positioniert sein. In dem Fall, dass das Halbleitersubstrat eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen wie Halbleiter-Dies umfasst, kann es deshalb möglich sein, zu bestimmen, welches oder welche der Halbleiterbauelemente beschädigt sind (Risse aufweisen) und welche intakt sind und nicht verworfen werden müssen. Dies kann Herstellungskosten reduzieren.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zur Untersuchung eines Halbleitersubstrats. Gemäß einem Beispiel kann/können das System 100 oder die Indenter 300 und 350 oder der Array von Prüfstiften 400 in dem Verfahren 500 verwendet werden.
Das Verfahren 500 umfasst einen ersten Vorgang 501 des Ausübens einer Kraft auf das Halbleitersubstrat unter Verwendung eines Indenters, derart, dass ein Riss im Halbleitersubstrat auftritt. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen zweiten Vorgang 502 des Detektierens eines von dem Riss ausgesendeten akustischen Signals unter Verwendung eines (piezoelektrischen) Schallemissionssensors. Der Indenter kann unter Verwendung einer Hartklebstoffschicht an einer ersten Fläche des piezoelektrischen Schallemissionssensors befestigt sein. Der Indenter und die Hartklebstoffschicht können dahingehend konfiguriert sein, das akustische Signal zu dem piezoelektrischen Schallemissionssensor zu übertragen. Die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors können aufeinander abgestimmt sein.
Das Verfahren 500 kann einen optionalen Vorgang des elektrischen Untersuchens des Halbleitersubstrats unter Verwendung einer elektrischen Prüfkomponente umfassen, wobei der Indenter dahingehend konfiguriert ist, die elektrische Prüfkomponente an einen elektrischen Kontakt am Halbleitersubstrat elektrisch zu koppeln.
Ferner kann das Verfahren 500 einen optionalen Vorgang des Aufzeichnens, bei welcher Höhe der auf das Halbleitersubstrat ausgeübten Kraft der Riss auftritt, in Echtzeit umfassen.
Gemäß einem Beispiel umfasst das Ausüben der Kraft Erhöhen der Kraft, bis der Riss auftritt. Gemäß einem anderen Beispiel liegt die Kraft im Bereich von 10 mN bis 400 mN. Gemäß einem anderen Beispiel wird das Halbleitersubstrat elektrisch untersucht, bevor der Riss auftritt, oder es wird elektrisch untersucht, nachdem der Riss aufgetreten ist.
Bei dem Verfahren 500 kann das akustische Signal in einem Bereich von 50 kHz bis 1 MHz liegen. Bei dem Verfahren 500 können die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors im Bereich von 100 kHz bis 200 kHz liegen.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zum Prüfen eines Halbleitersubstrats. Gemäß einem Beispiel können das System 100 und/oder die Indenter 300 und 350 oder der Array von Prüfstiften 400 bei dem Verfahren 600 verwendet werden.
Das Verfahren 600 umfasst einen ersten Vorgang 601 des elektrischen Prüfens eines Halbleitersubstrats. Die Handlung 601 kann Kontaktieren eines Kontaktpads am Halbleitersubstrat mit einem Prüfstift und elektrisches Koppeln einer elektrischen Prüfkomponente an das Kontaktpad über den Prüfstift umfassen. Der Prüfstift kann zum Beispiel dem Indenter 110 entsprechen.
Das Verfahren 600 umfasst einen zweiten Vorgang 602 des akustischen Prüfens, ob in dem Halbleitersubstrat ein Riss verursacht wird, wenn der Stift das Kontaktpad berührt. Das Prüfen auf einen Riss kann Übertragen eines durch einen Riss verursachten akustischen Signals zu einem Schallemissionssensor über den Prüfstift umfassen.
Gemäß einem Beispiel des Verfahrens 600 können die Vorgänge 601 und 602 gleichzeitig durchgeführt werden.
Die folgenden Beispiele präzisieren weiter ein System und ein Verfahren zur Untersuchung von Halbleitersubstraten.
Beispiel 1 ist ein System zur Untersuchung von Halbleitersubstraten, wobei das System einen Indenter, der dazu konfiguriert ist, eine Kraft auf das Halbleitersubstrat auszuüben, so dass ein Riss im Halbleitersubstrat auftritt, einen piezoelektrischen Schallemissionssensor, der dazu konfiguriert ist, ein von dem Riss abgegebenes akustisches Signal zu detektieren, und Befestigungsmittel, die dazu konfiguriert sind, den Indenter an einer ersten Fläche des piezoelektrischen Schallemissionssensors anzubringen, umfasst, wobei der Indenter und die Befestigungsmittel dazu konfiguriert sind, das akustische Signal zu dem piezoelektrischen Schallemissionssensor zu übertragen, und wobei die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors aufeinander abgestimmt sind.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 wahlweise umfassen, dass der Indenter einen Indenterstift und eine Indenterbasis umfasst, wobei die Indenterbasis einen größeren Durchmesser als der Indenterstift aufweist, und wobei die Befestigungsmittel an der Indenterbasis angeordnet sind, und wobei der Indenterstift und die Indenterbasis aus einem Stück hergestellt sind.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand von Beispiel 1 wahlweise umfassen, dass der Indenter einen Indenterstift und eine Indenterbasis umfasst, wobei die Indenterbasis einen größeren Durchmesser als der Indenterstift aufweist, und wobei die Befestigungsmittel an der Indenterbasis angeordnet sind, und wobei der Indenterstift und die Indenterbasis zwei getrennte Stücke sind, die zusammengeklebt sind.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand eines der vorherigen Beispiele wahlweise eine elektrische Prüfkomponente umfassen, die dahingehend konfiguriert ist, das Halbleitersubstrat elektrisch zu prüfen, wobei der Indenter dahingehend konfiguriert ist, die elektrische Prüfkomponente elektrisch an ein elektrisches Kontaktpad am Halbleitersubstrat zu koppeln.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand von Beispiel 4 wahlweise umfassen, dass das System dahingehend konfiguriert ist, das Halbleitersubstrat gleichzeitig akustisch und elektrisch zu untersuchen.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand eines der vorherigen Beispiele wahlweise umfassen, dass das akustische Signal in einem Bereich von 50 kHz bis 1 MHz liegt.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand eines der vorherigen Beispiele wahlweise umfassen, dass die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors in einem Bereich von 100 kHz bis 200 kHz liegen.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand eines der vorherigen Beispiele wahlweise umfassen, dass der Indenter eine Länge in einem Bereich von 10 mm bis 15 mm und einen Durchmesser in einem Bereich von 0,8 mm bis 1,5 mm aufweist, wobei eine Spitze des Indenters einen Durchmesser in einem Bereich von 10 µm bis 20 µm aufweist.
In Beispiel 9 kann der Gegenstand von Beispiel 8 wahlweise umfassen, dass die Spitze des Indenters Diamant umfasst.
In Beispiel 10 kann der Gegenstand eines der vorherigen Beispiele wahlweise umfassen, dass die Befestigungsmittel eine Hartklebstoffschicht oder eine Weichlotschicht oder mechanische Fixiermittel umfassen.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand von Beispiel 10 wahlweise umfassen, dass die Befestigungsmittel die Hartklebstoffschicht umfassen, wobei die Hartklebstoffschicht Cyanacrylat umfasst.
Beispiel 12 ist ein Verfahren zur Untersuchung eines Halbleitersubstrats, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausüben einer Kraft auf das Halbleitersubstrat unter Verwendung eines Indenters, derart, dass ein Riss im Halbleitersubstrat auftritt, und Detektieren eines durch den Riss ausgesendeten akustischen Signals unter Verwendung eines piezoelektrischen Schallemissionssensors, wobei der Indenter unter Verwendung einer Hartklebstoffschicht oder einer Weichlotschicht oder eines mechanischen Fixiermittels an einer ersten Fläche des piezoelektrischen Schallemissionssensors angebracht ist, wobei der Indenter und die Hartklebstoffschicht oder die Weichlotschicht oder die mechanischen Fixiermittel dazu konfiguriert sind, das akustische Signal zu dem piezoelektrischen Schallemissionssensor zu übertragen, und wobei die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors aufeinander abgestimmt sind.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand vom Beispiel 12 wahlweise elektrisches Untersuchen des Halbleitersubstrats unter Verwendung einer elektrischen Prüfkomponente umfassen, wobei der Indenter dahingehend konfiguriert ist, die elektrische Prüfkomponente elektrisch an einen elektrischen Kontakt am Halbleitersubstrat zu koppeln.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand der Beispiele 12 oder 13 wahlweise umfassen, dass Ausüben der Kraft Erhöhen der Kraft, bis der Riss auftritt, umfasst.
In Beispiel 15 kann der Gegenstand zum Beispiel 14 wahlweise umfassen, dass die Kraft in einem Bereich von 10 mN bis 400 mN liegt.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand vom Beispiel 13 wahlweise umfassen, dass das Halbleitersubstrat vor oder nach Auftreten des Risses elektrisch untersucht wird.
In Beispiel 17 kann der Gegenstand der Beispiele 12 bis 16 wahlweise umfassen, dass das akustische Signal in einem Bereich von 50 kHz bis 1 MHz liegt.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand der Beispiele 12 bis 17 wahlweise umfassen, dass die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors in einem Bereich von 100 kHz bis 200 kHz liegen.
In Beispiel 19 kann der Gegenstand der Beispiele 12 bis 18 wahlweise aufzeichnen, bei welcher Höhe der auf das Halbleitersubstrat ausgeübten Kraft der Riss auftritt, in Echtzeit umfassen.
Obgleich die Offenbarung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere Implementierungen dargestellt und beschrieben worden ist, können an den dargestellten Beispielen Abänderungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden, ohne von dem Wesen und Konzept der angehängten Ansprüche abzuweichen. Insbesondere hinsichtlich der verschiedenen durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Anordnungen, Bauelemente, Schaltungen, Systeme usw.) ausgeführten Funktionen sollen die Begriffe (einschließlich eines Verweises auf ein „Mittel“), die zur Beschreibung solcher Komponenten verwendet werden, wenn nicht anders angegeben, jeglicher Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezielle Funktion der beschriebenen Komponente durchführt (die zum Beispiel funktionell äquivalent ist), obgleich sie strukturell nicht mit der offenbarten Struktur äquivalent ist, die in den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung die Funktion durchführt.

Claims

System zur Untersuchung von Halbleitersubstraten, wobei das System Folgendes umfasst: einen Indenter, der dazu konfiguriert ist, eine Kraft auf das Halbleitersubstrat auszuüben, so dass ein Riss im Halbleitersubstrat auftritt, einen piezoelektrischen Schallemissionssensor, der dazu konfiguriert ist, ein von dem Riss abgegebenes akustisches Signal zu detektieren, und Befestigungsmittel, die dazu konfiguriert sind, den Indenter an einer ersten Fläche des piezoelektrischen Schallemissionssensors anzubringen, wobei der Indenter und die Befestigungsmittel dazu konfiguriert sind, das akustische Signal zu dem piezoelektrischen Schallemissionssensor zu übertragen, und wobei die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors aufeinander abgestimmt sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Indenter einen Indenterstift und eine Indenterbasis umfasst, wobei die Indenterbasis einen größeren Durchmesser als der Indenterstift aufweist und wobei die Befestigungsmittel an der Indenterbasis angeordnet sind, und wobei der Indenterstift und die Indenterbasis aus einem Stück hergestellt sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Indenter einen Indenterstift und eine Indenterbasis umfasst, wobei die Indenterbasis einen größeren Durchmesser als der Indenterstift aufweist und wobei die Befestigungsmittel an der Indenterbasis angeordnet sind, und wobei der Indenterstift und die Indenterbasis zwei getrennte Stücke sind, die zusammengeklebt sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine elektrische Prüfkomponente, die dahingehend konfiguriert ist, das Halbleitersubstrat elektrisch zu prüfen, wobei der Indenter dahingehend konfiguriert ist, die elektrische Prüfkomponente elektrisch an ein elektrisches Kontaktpad am Halbleitersubstrat zu koppeln.
System nach Anspruch 4, wobei das System dahingehend konfiguriert ist, das Halbleitersubstrat gleichzeitig akustisch und elektrisch zu untersuchen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das akustische Signal in einem Bereich von 50 kHz bis 1 MHz liegt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors im Bereich von 100 kHz bis 200 kHz liegen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Indenter eine Länge im Bereich von 10 mm bis 15 mm und einen Durchmesser im Bereich von 0,8 mm bis 1,5 mm aufweist, und wobei eine Spitze des Indenters einen Durchmesser im Bereich von 10 µm bis 20 µm aufweist.
System nach Anspruch 8, wobei die Spitze des Indenters Diamant umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsmittel eine Hartklebstoffschicht oder eine Weichlotschicht oder mechanische Fixiermittel umfassen.
System nach Anspruch 10, wobei die Befestigungsmittel die Hartklebstoffschicht umfassen und wobei die Hartklebstoffschicht Cyanacrylat umfasst.
Verfahren zur Untersuchung eines Halbleitersubstrats, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausüben einer Kraft auf das Halbleitersubstrat unter Verwendung eines Indenters, derart, dass ein Riss im Halbleitersubstrat auftritt, und Detektieren eines durch den Riss ausgesendeten akustischen Signals unter Verwendung eines piezoelektrischen Schallemissionssensors, wobei der Indenter unter Verwendung einer Hartklebstoffschicht oder einer Weichlotschicht oder eines mechanischen Fixiermittels an einer ersten Fläche des piezoelektrischen Schallemissionssensors angebracht ist, wobei der Indenter und die Hartklebstoffschicht oder die Weichlotschicht oder die mechanischen Fixiermittel dazu konfiguriert sind, das akustische Signal zu dem piezoelektrischen Schallemissionssensor zu übertragen; und wobei die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors aufeinander abgestimmt sind.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: elektrisches Untersuchen des Halbleitersubstrats unter Verwendung einer elektrischen Prüfkomponente, wobei der Indenter dahingehend konfiguriert ist, die elektrische Prüfkomponente elektrisch an einen elektrischen Kontakt am Halbleitersubstrat zu koppeln.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Ausüben der Kraft Erhöhen der Kraft, bis der Riss auftritt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Kraft im Bereich von 10 mN bis 400 mN liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Halbleitersubstrat vor oder nach Auftreten des Risses elektrisch untersucht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das akustische Signal in einem Bereich von 50 kHz bis 1 MHz liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die Resonanzfrequenzen des Indenters und des piezoelektrischen Schallemissionssensors in einem Bereich von 100 kHz bis 200 kHz liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, ferner umfassend: Aufzeichnen, bei welcher Höhe der auf das Halbleitersubstrat ausgeübten Kraft der Riss auftritt, in Echtzeit.