專利名稱：可靠性評估測試裝置、可靠性評估測試系統(tǒng)、接觸器以及可靠性評估測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可靠性評估測試裝置、可靠性評估測試系統(tǒng)、接觸器以及可靠性評估測試方法，更具體地講，涉及這樣一種可靠性評估測試裝置、可靠性評估測試系統(tǒng)、接觸器以及可靠性評估測試方法，可被用來評估/測試為半導體晶片上形成的多個半導體器件構(gòu)成多層互連的互連與絕緣膜。
背景技術(shù)：
在一個半導體測試過程中，半導體晶片(下文稱為“晶片”)上形成的多個半導體元件(下文稱為“器件”)的電氣特性在晶片狀態(tài)下進行測試，電氣特性沒有缺陷的器件會被篩選出來。然后，在測試過程的最后階段進行晶片切割，并在溫度等的加速條件下進行可靠性測試，譬如對每個器件的多層互連的電遷移測試、相同平面內(nèi)的互連之間以及上下層互連之間的泄漏電流測試。
在一次可靠性評估測試中，要準備測試包。器件被包裝在這些測試包之中。然后在一臺具有預定高溫(譬如300℃)的測試爐中進行大約——譬如說——70個包裝器件的可靠性評估測試。

發(fā)明內(nèi)容
但是，對需要在一臺測試爐中進行的傳統(tǒng)可靠性評估測試而言，需要進行晶片切割并準備測試包。器件就用這些測試包進行包裝。所以，晶片切割、測試包裝準備以及器件包裝需要相當多的時間及成本。此外，在該測試爐中進行的傳統(tǒng)測試只能同時處理幾十個測試包，即只能處理幾十個器件。
如果要測試具有由容易氧化的金屬(譬如銅或銅合金)構(gòu)成的金屬互連的器件，就要在該測試爐中加入惰性氣體。但是，舉例來說，由于該測試爐的密封很差，故而無法使氧氣濃度低得能防止銅制互連的氧化。所以，不僅銅制互連的襯墊部分，而且銅制互連本身都會通過該襯墊部分被氧化。為了防止這一點，在準備晶片樣品時必須對每個銅襯墊部分附加一個抗氧化的鋁襯墊層。另外，如果要測試多類樣品，就必須按照每種類型改變切割及導線連接。因此，需要三周或更長的時間才能夠得到一個可靠性評估測試結(jié)果。
還有，一些數(shù)據(jù)，譬如該可靠性測試的重要參數(shù)或者與各種測試模式有關(guān)的相互關(guān)系，必須通過多次進行一項測試來獲得。因此，該測試的效率很低。譬如說，對一項電遷移測試，必須觀察由電遷移產(chǎn)生的空隙位置，而且該觀察結(jié)果稍后要被返回到過程開發(fā)。為了進行這種觀察，要拆卸測試包以便逐個取出器件，要從每個器件拆開連接導線，而且每個器件都要在一臺顯微鏡下進行觀察。為此，必須花費很大的工作量及時間。
本發(fā)明已經(jīng)能夠解決上述問題。
按照本發(fā)明之一個方面的發(fā)明的目的是提供能夠快速、高效并可靠地對晶片上形成的多個半導體器件進行可靠性評估測試的一種可靠性評估測試裝置、可靠性評估測試系統(tǒng)、接觸器以及可靠性評估測試方法。
按照本發(fā)明之另一個方面的發(fā)明的目的是提供能夠大幅度降低一項可靠性評估測試所需的工作量及成本的一種可靠性評估測試裝置、可靠性評估測試系統(tǒng)、接觸器以及可靠性評估測試方法。
本發(fā)明的其他目的及優(yōu)點將在隨后的說明中加以闡述，其中一部分目的與優(yōu)點很容易根據(jù)該說明看出，或者也可以通過本發(fā)明的實踐加以理解。本發(fā)明的目的與優(yōu)點可以借助下文特別指明的手段以及它們的組合來實現(xiàn)與獲得。
根據(jù)本發(fā)明的一個第一方面，提供一個根據(jù)來自測量單元的一個測試信號對半導體晶片的可靠性進行測試的裝置，該測量單元包括一個測量單元及一個具有隔離絕緣結(jié)構(gòu)的存放單元，該測量單元存放與接觸器充分電氣接觸的半導體晶片，并向/從該測量單元發(fā)送/接受一個測試信號。
該可靠性評估測試裝置包括一個壓力機構(gòu)以及一個加熱機構(gòu)，該壓力機構(gòu)對該存放單元內(nèi)的接觸器加壓，該加熱機構(gòu)將由該加壓機構(gòu)加壓而與該接觸器充分接觸的半導體晶片加熱到預定的高溫。
該可靠性評估測試裝置在加速條件下評估該半導體晶片上形成的一個多層互連以及一層絕緣膜的可靠性。
按照該第一方面提供的裝置最好也包括下述(a1)至(a14)中的一個部件，或者是(a1)至(a14)中多個部件的組合。
(a1)安排在該存放單元內(nèi)的一個具有絕熱結(jié)構(gòu)、其上放置該半導體晶片的臺面，一個環(huán)繞該臺面且與該接觸器電氣接觸的連接環(huán)以及一個與該連接環(huán)電氣接觸并發(fā)送/接受來自該測量單元的測試信號的布線板。
(a2)安排在該連接環(huán)上的一個密封部件以及用于向該存放單元供應惰性氣體與/或還原氣體的裝置，該密封部件與該半導體電氣接觸以便在該存放單元內(nèi)密封一個與外部隔離的空間。
(a3)安排在該壓力機構(gòu)內(nèi)的一個對該接觸器加壓的加壓板，一個下端被連接到該壓力板的波紋管，一個被連接到該波紋管的上端并能夠垂直運動的支架，以及一個用于向由該加壓板、該波紋管及該支架構(gòu)成的空間供應氣體的裝置。
(a4)安排在該加熱機構(gòu)內(nèi)的一個加熱器，從下表面?zhèn)染鶆蚣訜嵩摪雽w晶片的整塊表面，而且還被用來作為該臺面。
(a5)安排在該加熱器內(nèi)部的一個第一加熱部分以及一個第二加熱部分，該第一加熱部分加熱該半導體晶片的中央部分，該第二加熱器部分環(huán)繞該第一加熱部分、并加熱該半導體晶片的外緣部分。
(a6)安排在該加熱機構(gòu)內(nèi)的一個輔助加熱器，從上表面?zhèn)燃訜嵩摪雽w晶片的整塊表面。
(a7)設(shè)計在該測量單元內(nèi)的一個電遷移測量單元以及一個泄漏電流測量單元。
(a8)一個在這些測量單元之間交替切換的切換裝置。
(a9)該電遷移測量單元包括供應三類電流的功能，這三類電流包括一個DC電流、一個脈沖DC電流以及一個AC電流。
(a10)該半導體晶片上形成的多種測試模式，及用于將這多種測試模式分組并同時對不少于5組執(zhí)行可靠性評估測試的測試模式分組功能裝置。
(a11)一層安置在該接觸器與該半導體晶片之間的各向異性導電膜。
(a12)一個安排在該測量單元內(nèi)的、被用于對在該半導體晶片上形成的不少于100個半導體器件同時執(zhí)行可靠性評估測試的裝置。
(a13)安排在該存放單元內(nèi)的一個絕熱結(jié)構(gòu)，使該半導體晶片維持不低于160℃的溫度。
(a14)設(shè)置在該接觸器內(nèi)的耐熱片基，具有1～50ppm/℃的熱膨脹系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個第二實施例，提供一個可靠性評估測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個調(diào)準器、一個傳送工具以及按照本發(fā)明的第一實施例提供的一個可靠性評估測試裝置，該調(diào)準器使接觸器與半導體晶片完全接觸，該傳送工具傳送由該調(diào)準器保持彼此完全接觸的接觸器及半導體晶片，該可靠性評估測試裝置對與該傳送工具組合在一起的半導體晶片進行可靠性評估測試。
按照該第二方面提供的可靠性評估測試系統(tǒng)最好也包括下述(b1)至(b4)中的一個部件或(b1)至(b4)中多個部件的組合。
(b1)用于使該調(diào)準器與該可靠性評估測試裝置進行數(shù)據(jù)通信的裝置。
(b2)安排在該調(diào)準器內(nèi)的一臺顯微鏡，根據(jù)該半導體晶片的測試結(jié)果來觀察該半導體晶片。
(b3)安排在該傳送工具內(nèi)的磁鐵，將該接觸器與該半導體晶片組合到一起。
(b4)安排在該傳送工具內(nèi)的一條磁路、用于接通/切斷該磁路的裝置以及用于使該磁路激勵/消磁而使該傳送工具吸引/釋放該接觸器與該半導體晶片的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個第三方面，提供一個接觸器，包括具有1～50ppm/℃的熱膨脹系數(shù)的耐熱片基以及在該耐熱片基上形成的一個導體電路，而且它被用來在不低于160℃的溫度下進行一種可靠性評估測試。
按照該第三方面提供的可靠性評估測試系統(tǒng)最好也包括下述(c1)至(c3)中的一個部件或(c1)至(c3)中多個部件的組合。
(c1)安排在該導體電路中的一個凸起。
(c2)由耐熱樹脂、金屬、半導體以及陶瓷中的至少一種材料構(gòu)成的耐熱片基。
(c3)在表面上形成的一個絕緣涂層，但該表面上在執(zhí)行該可靠性評估測試時進行電氣連接的部分除外。
根據(jù)本發(fā)明的一個第四方面，提供一種可靠性評估測試方法，該方法在半導體晶片與接觸器彼此完全電氣接觸的狀態(tài)下對該半導體晶片執(zhí)行不同的可靠性評估測試。
根據(jù)本方面的一個第五方面，提供一種可靠性評估測試方法，該方法通過對與一個接觸器完全電氣接觸的半導體晶片加壓、將該半導體晶片加熱到不低于160℃并使該半導體晶片導電來對該半導體晶片進行可靠性評估測試。
按照該第四與第五方面提供的可靠性評估測試方法最好包括下述(d1)至(d5)中的一個組成部分或(d1)至(d5)中多個組成部分的組合。
(d1)同時對該半導體晶片上的不少于100個半導體器件進行該可靠性評估測試。
(d2)進行一項電遷移測試與/或一項泄漏電流測試來作為該可靠性評估測試。
(d3)在160℃至350℃的范圍內(nèi)將該半導體晶片的表面內(nèi)的溫度分布控制在±2.0℃以內(nèi)。
(d4)將該半導體晶片與該接觸器放置在一種惰性氣體環(huán)境以及由惰性氣體與還原氣體相混合的一種環(huán)境兩者之中的一種環(huán)境內(nèi)。
(d5)將氧氣濃度調(diào)整到不高于100ppm。
熟悉技術(shù)的人員很容易發(fā)現(xiàn)其他的優(yōu)點與修改方法。所以本發(fā)明在它更廣泛的方面并不限于這里演示及說明的特定細節(jié)以及代表性實施例。
故而，可以進行各種修改而不偏離由所附權(quán)利要求以及它們的等價條款所定義的總體創(chuàng)造性概念的精神或范圍。


圖1A與1B是表示按照本發(fā)明之實施例的一個可靠性評估測試裝置的視圖，其中圖1A是一幅表示主體的視圖，而圖1B是一幅表示控制器的透視圖；圖2是表示該主體在利用圖1所示的可靠性評估測試裝置進行晶片可靠性評估測試的狀態(tài)下的一幅剖面圖；圖3A與3B是表示按照本發(fā)明之實施例的一個接觸器的視圖，其中圖3A是一幅剖面圖，而圖3B是一幅平面布置圖；圖4是一幅表示按照本發(fā)明之另一個實施例的一個接觸器的剖面圖；
圖5A與圖5B是表示使晶片與接觸器對齊的一個調(diào)準器的示例的視圖，其中圖5A是一幅表示該外形的透視圖，而圖5B是一幅表示固定機構(gòu)的透視圖；圖6是一幅側(cè)視圖，表示一個擠壓件被一個晶片傳送工具卡緊的狀態(tài)；圖7A是一幅示意圖，表示在該接觸器與晶片通過圖2所示的一個壓力機構(gòu)完全接觸的狀態(tài)下的一個側(cè)面，圖7B是一幅側(cè)視圖，夸張地表示了該接觸器彎曲的狀態(tài)；圖8A是一幅放大剖面圖，表示在按照本發(fā)明的可靠性評估測試方法中使用的晶片的銅制互連內(nèi)的一個電極襯墊部分，而圖8B是一幅放大剖面圖，表示在利用一臺測試爐執(zhí)行的傳統(tǒng)可靠性評估測試方法中使用的晶片的銅制互連內(nèi)的一個電極襯墊部分；圖9A與圖9B是平面視圖，表示晶片上要被用于電遷移測試的測試模式，其中圖9A是一幅表示單端類型的視圖，而圖9B是一幅表示雙端類型的視圖；圖10是一幅曲線圖，表示該電遷移測試過程中相對電阻的變化與測試時間之間的關(guān)系；圖11是一幅曲線圖，表示該電遷移測試引起的累積故障；圖12是一幅曲線圖，表示在利用脈沖DC電流進行的一項電遷移測試中所供應的一個電流的波形；圖13是一幅曲線圖，表示利用AC電流進行的一項電遷移測試中所供應的一個AC電流的波形；圖14A至14C是表示一個主擴散通道與MTF之間的關(guān)系的示意圖；圖15A是一幅表示臨界長度測量結(jié)果的曲線圖，而圖15B是一幅表示MTF的容器長度關(guān)系的曲線圖；圖16是表示晶片中的TTF與初始電阻分布的一幅示意圖；圖17是表示MTF與σ對Juse的影響的曲線圖；
圖18A是一幅曲線圖，表示由于電流變化所引起的一個Juse損耗，而圖18B是一幅曲線圖，表示由于該溫度分布所引起的一個Juse損耗；圖19A至19D是表示一個BT測試(TDDB測試)中所用的測試模式示例的視圖，其中圖19A是一幅表示上層互連模式的平面圖，圖19B是圖19A的一幅剖面圖，圖19C是一幅表示下層互連模式的平面圖，圖19D是圖19C的一幅剖面圖；圖20A至20E是表示制造符合該實施例的接觸器的步驟的示意圖；圖21A至21D是表示制造該接觸器的步驟的示意圖，緊接圖20A至20E所示的步驟；圖22A至22D是表示制造接觸器的步驟的示意圖，緊接圖21A至21D所示的步驟。
具體實施例方式
下面將根據(jù)圖1A至圖22D所示的實施例來對本發(fā)明加以說明。符合該實施例的一個可靠性評估測試系統(tǒng)包括一個可靠性評估測試裝置10和一個調(diào)準器50?？煽啃栽u估測試裝置10和調(diào)準器50可以通過一個通信網(wǎng)絡連接以便進行數(shù)據(jù)通信。先說明符合該實施例的可靠性評估測試裝置10，然后再說明調(diào)準器50。
如圖1A、圖1B與圖2所示，符合這個實施例的可靠性評估測試裝置10包括一個晶片存放單元12、壓力機構(gòu)13、加熱機構(gòu)14(圖2)、測量單元15、測試器單元16、溫度控制器17、測試器管理單元18、外殼19以及控制器20(圖1B)。晶片存放單元12存放與接觸器11(將在后面加以說明)(圖3A與圖3B)完全電氣接觸的晶片。壓力機構(gòu)13被放置在晶片存放單元12上以便對接觸器11加壓。加熱機構(gòu)14直接加熱由壓力機構(gòu)13壓在接觸器11上的晶片。測量單元15測量由加熱機構(gòu)14加熱的晶片的電氣特性。測試器單元16產(chǎn)生測量單元15的一個測量信號并處理一個測量結(jié)果信號。溫度控制器17控制該晶片的溫度。測試器管理單元18控制測試器單元16。外殼19容納上述器件?？刂破?0控制外殼19中的器件?？煽啃栽u估測試裝置10在溫度、電流密度等加速變化的條件下評估該半導體晶片上形成的互連膜與絕緣膜的可靠性。如圖1B所示，控制器20可以由一個臺式計算機構(gòu)成，并被安排得與外殼19相鄰。舉例來說，一個測試結(jié)果在該計算機的一個監(jiān)視器屏幕20A上被顯示為一幅晶片圖(圖16)。用鼠標20B或類似裝置點擊該晶片圖上的任何一個器件，該晶片上這個器件的測試結(jié)果就能夠立即被顯示在監(jiān)視器屏幕20A上?？刂破?0也具有與該調(diào)準器(將在后面加以說明)進行數(shù)據(jù)通信的功能，以便將該可靠性評估測試結(jié)果發(fā)送到該調(diào)準器。晶片存放單元12能夠沿圖1A中的一個箭頭a的方向、通過一個滑動機構(gòu)21向/從外殼19插入/取出。舉例來說，測量單元15可以包括一個電遷移(EM)測量單元15A與一個泄漏電流(BT)測量單元15B。測試器單元16的構(gòu)造與這些測量單元15A與15B相對應。圖2是可靠性評估測試裝置10的結(jié)構(gòu)之主體部分的一個示例。該測量單元也可以包括另一項測試項目的一個測量單元。
舉例來說，如圖2所示，晶片存放單元12可以包括一個臺面22、絕熱機構(gòu)(圓筒)23、耐熱連接環(huán)24以及布線板25。臺面22由絕熱絕緣材料制造。與接觸器11完全電氣接觸的晶片W可以通過加熱器29A與29B(將在后面加以說明)被安裝在臺面22上。絕熱機構(gòu)23由絕熱絕緣材料制造并環(huán)繞臺面22。耐熱連接環(huán)24通過耐熱接觸端子(譬如彈簧插針)24A與接觸器11電氣接觸。布線板25與連接環(huán)24電氣接觸并從測量單元15接收一個測試信號。晶片存放單元12能夠可靠地使壓力機構(gòu)13做到讓接觸器11與晶片W完全電氣接觸。接觸器11可以通過連接環(huán)24及布線板25被電氣連接到測量單元15。
如圖2所示，由耐熱樹脂(譬如硅樹脂橡膠)制造的一個密封環(huán)26可以被放置在連接環(huán)24的外緣。當密封環(huán)26與接觸器11電氣接觸時，就在晶片存放單元12內(nèi)形成一個與外界隔離的空間。晶片存放單元12也可以包括一個對接觸器11的外緣部分加壓的加壓機構(gòu)27。加壓機構(gòu)27可靠地使接觸器11與連接環(huán)24電氣接觸。舉例來說，加壓機構(gòu)27可以由耐熱材料(譬如陶瓷)制造，并包括一個第一環(huán)形部件27A、第二環(huán)形部件27B、耐熱彈簧部件27C、臂形物27D以及一對氣體彈簧(未畫)。第一環(huán)形部件27A具有與接觸器11的外緣部分吻合的形狀。第二環(huán)形部件27B的大小與第一環(huán)形部件27A幾乎相同。耐熱彈簧部件27C被插在第一與第二環(huán)形部件27A、27B之間。臂形物27D與第二環(huán)形部件27B結(jié)合成一體，并在晶片存放單元12的后部通過一個鉸鏈與晶片存放單元12相連。這一對氣體彈簧支撐臂形物27D。由于這些氣體彈簧的作用，用很小的力就可以開啟/閉合第一與第二環(huán)形部件27A、27B。加壓機構(gòu)27可以具有一個鎖定機構(gòu)27E。鎖定機構(gòu)27E將第一與第二環(huán)形部件27A、27B固定到接觸器11的外緣部分。因此，晶片存放單元12存放被結(jié)合到一起的接觸器11與晶片W。由于壓力機構(gòu)13與加壓機構(gòu)27對接觸器11加壓，所以晶片存放單元12的內(nèi)部就對外部環(huán)境隔熱，從而這種隔離狀態(tài)能夠得以保持。
舉例來說，如圖2所示，臺面22可以具有一對通過臺面22垂直延伸的氣體供應口與排放口22A、22B。惰性氣體(譬如氮氣)與/或還原氣體(譬如氫氣)通過氣體供應口22A從一個惰性氣體供應裝置74提供。故而，在與晶片存放單元12內(nèi)的接觸器11與晶片W之間的接觸部分相對應的、相當有限的最小空間中就形成了惰性氣體環(huán)境或還原氣體環(huán)境。排放口22B通過一個閥門75排放該惰性氣體與/或該還原氣體。供應一種還原氣體最好通過在一種惰性氣體中添加預定數(shù)量的一種還原氣體來進行。如果在晶片存放單元12中的小空間內(nèi)形成了惰性氣體環(huán)境與/或原還氣體環(huán)境，那么，就可以防止在晶片W上形成的、易于氧化的金屬互連(譬如銅制互連)在高溫下被氧化，或者可以使金屬氧化物膜被還原。此外，該惰性氣體與/或該還原氣體的供應量可以被壓縮到最小值。晶片存放單元12具有與外界隔離的結(jié)構(gòu)。因此，當空氣被惰性氣體與/或還原氣體取代時，氧氣濃度就可以被降低，譬如說被降低到10ppm或更低，更特別地講，被降低到1～5ppm，以便防止由銅制造的金屬互連或襯墊的氧化。該氧氣濃度由放置在晶片存放單元12內(nèi)的常用的傳統(tǒng)氧傳感器(未畫)加以檢測。放置在外殼19中的一個氧氣濃度測量單元28(圖1)根據(jù)所檢測到的信號計算該氧氣濃度。所以與在先技術(shù)不同，在一個測試襯墊上不需要形成抗氧化的鋁襯墊層。如果空氣被還原氣體所取代，那么在該測試前已經(jīng)形成的任何金屬氧化膜都可以被還原。因此，晶片W與接觸器11能夠可靠地保持電氣接觸。
如圖1所示，壓力機構(gòu)13被直接固定在插入外殼19的晶片存放單元12上。如圖1與圖2所示，壓力機構(gòu)可以包括對接觸器11加壓的一個壓力板13A、由金屬制造而且其下端被連接到壓力板13A之上表面的一個波紋管13B、被連接到波紋管13B的上端來支撐波紋管13B的一個支撐板13C以及被連接到支撐板13C并加以固定而且被懸掛在外殼19中的一個氣缸機構(gòu)13D。如圖2所示，支撐板13C可以具有一個通孔13E。一個氣體供應機構(gòu)76從通孔13E供應壓縮氣體來增加由壓力板13A、波紋管13B與支撐板13C構(gòu)成的空間中的壓力。一旦加壓，波紋管13B就從由氣缸機構(gòu)13D支撐的支撐板13C向下延伸，以便通過壓力板13A對接觸器11加壓。故而，接觸器11的整塊表面被均勻加壓，從而使接觸器11的凸起與晶片W的電極襯墊可靠地完全接觸。如圖2所示，一個輔助加熱器29C(將在后面加以說明)可以被固定在壓力板13A之下表面的中央。輔助加熱器29C從接觸器11這一側(cè)加熱晶片W。如上所述，加壓機構(gòu)27通過晶片存放單元12后面的一個鉸鏈進行連接，并能夠通過一個輔助機構(gòu)(譬如氣體彈簧)被自由地開啟/閉合。在被結(jié)合到一起的接觸器11與晶片W被放置到晶片存放單元12之后，加壓機構(gòu)27向前傾斜以便使第二環(huán)形部件27B與晶片存放單元12中的接觸器11的外緣水平接觸。結(jié)果，如圖2所示，存放在晶片存放單元12內(nèi)的接觸器11的外緣部分就受到第二環(huán)形部件27B與鎖定機構(gòu)27E的擠壓。
加熱機構(gòu)14可以具有一個對放在臺面22上的晶片W從下表面?zhèn)冗M行加熱的加熱器29。加熱器29均勻加熱晶片W的整塊表面。舉例來說，加熱器29可以由具有圓形、并被放置在臺面22中心部分的第一加熱器29A與具有環(huán)形、并環(huán)繞第一加熱器29A的第二加熱器29B組成。第一加熱器29A加熱晶片W的中央部分。第二加熱器29B加熱晶片W的外周部分。第二加熱器29B也能補償由晶片W的外周部分散失的熱量。只要能夠均勻加熱晶片W的整塊表面，那么加熱器29可以具有任何形狀。加熱器29并非總是必須被劃分為第一加熱器29A與第二加熱器29B。除了加熱器29之外，加熱機構(gòu)14也可以具有圓盤形的、與接觸器11上表面接觸的輔助加熱器29C。輔助加熱器29C與加熱器29一道更加可靠地將晶片W加熱到預定的高溫，并保持在該溫度。如上所述，加熱機構(gòu)14直接從上、下表面來加熱晶片W。由于要由加熱機構(gòu)14加熱的加熱空間相當有限，所以晶片W能夠在一個短的時間內(nèi)被加熱到目標溫度。此外，當晶片W被加熱并被保持在160℃或更高溫度時，更具體地講，達到一個350℃的最高溫度時，晶片W上的金屬互連的電遷移與泄漏電流就能夠在該高溫下被精確測量。加熱機構(gòu)14最好實施控制以便將晶片W的整塊表面均勻加熱到160℃或更高溫度，并同時使晶片W內(nèi)的溫度分布調(diào)整在±2.0℃之內(nèi)。所以舉例來說，如果用銅來作為互連材料，那么該互連及絕緣膜可以通過在高溫與高電流密度的加速條件下進行該可靠性評估測試而被精確評估。
構(gòu)成晶片存放單元12的布線板25延伸到外殼19的后側(cè)(圖2的右側(cè))。外連接端子15E被放置在延伸部分25A的上、下表面。另一方面，如圖2所示，圖1所示的EM測量單元15A與BT測量單元15B各自的連接板15C與15D被設(shè)計得能將該延伸部分25A夾在中間。連接板15C、15D由一個切換機構(gòu)78帶動而與延伸部分25A的上、下表面的外連接端子交替接觸，以便在EM測量單元15A與BT測量單元15B之間交替切換。就是說，連接板15C與15D在EM測量單元15A與BT測量單元15B之間切換。測量單元15A與15B每個都可以由具有512個信道的板構(gòu)成，以使512個器件能夠被同時測量。
如圖2所示，接觸器11與晶片W能夠通過一層各向異性導電膜31彼此完全接觸。接觸器11的凸起與晶片W的電極每個都最好具有圓形或多邊形，或者由這些形狀的組合構(gòu)成的形狀。一個凸起在間距方向上的最大長度最好等于或小于該晶片的電極襯墊的間距尺寸。每個凸起可以被做得具有一個大約75μm的直徑。這些凸起可以被做得按中心計算具有一個大約120μm的間隔。另一方面，各向異性導電膜31具有彈性結(jié)構(gòu)，所以即使接觸器11的凸起與晶片W的電極襯墊具有水平差距，也能夠忍受。各向異性導電膜31可以由四氟塑料樹脂片31A與細鎳顆粒團粒31B(譬如說，每個直徑25μm)構(gòu)成，團粒31B按照預定間隔(譬如說70μm)均勻排列在整塊表面并順四氟塑料片31A延伸，如圖7A與7B所示。團粒31B是通過將細金屬顆粒聚集到一起構(gòu)成的。因此，當一個壓力被施加到團粒31B時，就會使細鎳顆粒成為壓緊狀態(tài)。所以，只通過在接觸器11與晶片W之間插入各向異性導電膜31，接觸器11的凸起與晶片W的電極襯墊就能夠通過各向異性導電膜31彼此彈性地完全接觸，從而兩者就能可靠地進行電氣連接。通?？梢匀我馐褂眯ㄐ闻浜?GoreMate)。參看圖2、圖7A與圖7B，參考標號32表示由磁力材料(譬如鐵基材料)制造的一個晶片固定裝置。為使接觸器11的凸起與晶片W的電極襯墊對齊，可以采用下面將要加以說明的一個調(diào)準器。
舉例來說，如圖3A與圖3B所示，接觸器11可以包括耐熱片基11A、導體電路11B、多個凸起11C、為晶片W準備的連接襯墊部分11D、為該測試裝置準備的另一個連接襯墊11E以及絕緣涂層11F。片基11A由材料(將在后面加以說明)制造。導體電路11B在耐熱片基11A的上表面使用導電金屬(譬如銅或銅合金)構(gòu)成。多個凸起11C與導體電路11B整體制造。襯墊部分11E與排列在可靠性評估測試裝置10的連接環(huán)24上的彈簧插針24A電氣接觸。絕緣涂層11F覆蓋除了連接襯墊部分11D與連接襯墊部分11E之外的部分。接觸器11能夠適用于在160℃或更高的溫度下進行可靠性評估測試。
絕緣涂層11F防止接觸器11與晶片W之間產(chǎn)生任何不必要的電氣接觸。所以，可夠保證接觸器11與晶片W之間的穩(wěn)定電氣連接。耐熱片基11A最好由熱膨脹系數(shù)在高溫下非常小的材料制造，譬如在160℃或更高的溫度下熱膨脹系數(shù)在接觸器11的平面方向上為1～50ppm/℃的材料，最好為2～30ppm/℃。即使在160℃或更高的高溫下，譬如說在350℃的高溫下，耐熱片基11A與晶片W的熱膨脹系數(shù)也只有很小差別。所以，可夠保持這種完全接觸狀態(tài)，可夠可靠地保證該電氣連接，而且能夠可靠地進行該可靠性評估測試。舉例來說，耐熱片基11A可以用從耐熱樹脂(譬如聚酰亞胺或雙馬來酰亞胺三嗪樹脂)、具有一種加強材料(如玻璃織物或碳纖維)的耐熱樹脂、金屬(如鋁、銅、不銹鋼或不脹鋼)、導電體(如硅)以及主要含有氮化鋁或金剛砂的陶瓷之中選擇的至少一種材料來制造。在采用兩種以上的材料時，耐熱片基11A可以通過適當組合這些材料來制造。對絕緣涂層11F的材料沒有特別限制。舉例來說，最好采用耐熱樹脂，譬如基于聚酰亞胺的樹脂。為了可靠性評估測試，絕緣涂層11F只需要在除了電氣連接部分之外的表面形成。如圖4所示，可以根據(jù)耐熱片基11A的類型在該表面形成一個絕緣層11G(譬如氧化硅膜)。
控制器20可以將晶片W的測試結(jié)果在該顯示裝置上顯示為一幅晶片圖(圖16)?？刂破?0也能夠通過一個數(shù)據(jù)通信線路將該測試結(jié)果發(fā)送到調(diào)準器50。
舉例來說，該調(diào)準器具有圖5A與圖5B所示的結(jié)構(gòu)。如圖5A所示，調(diào)準器50包括一個存放晶片W并裝載/卸載晶片W的負載室51以及一個與該負載室51相鄰并使晶片W與接觸器11對齊的調(diào)準室52。在該調(diào)準室中，晶片W與接觸器11被對齊以使他們彼此完全接觸。盡管沒有畫出，但在負載室51中還有一個傳送機構(gòu)(夾鉗)與預調(diào)準機構(gòu)(副卡盤)。晶片W從貨架通過該夾鉗被逐一傳送。在該傳送過程中，采用一個定向平面或缺口作為一個參考基準來在該副卡盤上對晶片W進行預調(diào)準。然后，晶片W通過該夾鉗被傳送到調(diào)準室52。
如圖5A所示，頂板53被連接到調(diào)準室52以便自由地開啟/閉合。一個開啟/閉合驅(qū)動機構(gòu)54移動頂板53，以使接觸器11開啟/閉合調(diào)準室52的上開孔。在頂板53的中央有一個直徑比接觸器11小的第一開孔部分53A。固定接觸器11的4個固定機構(gòu)53B環(huán)繞第一開孔部分53A被放置在頂板53的內(nèi)表面上(在圖5A中，頂板53由下向上開啟)。舉例來說，如圖5B所示，每個固定機構(gòu)53B都包括一個加壓部件53D，該加壓部件采用軸樞方式被安裝到第一開孔部分53A周圍相應的四個部分之一上形成的一個凹進部分53C之內(nèi)，還包括一個氣缸53E，被連接到最接近加壓部件53D的部分。氣缸54E按逆時針方向旋轉(zhuǎn)加壓部件53D，以便將放置在第一開孔部分53A上的接觸器11固定到頂板53。
如圖5A所示，在調(diào)準室52中，可夠沿X、Y、Z與θ方向移動的一個主卡盤55被放置在頂板53之下。晶片W通過晶片固定裝置32被放在主卡盤55上。主卡盤55通過一個X-Y平臺56在X與Y方向上移動。主卡盤55包含一個旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)(未畫)。該旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)在X-Y平臺56上垂直移動該主卡盤，并在θ方向上前后旋轉(zhuǎn)該主卡盤。負載室51中的夾鉗將預調(diào)準后的晶片W移動到調(diào)準室52內(nèi)預先已被安裝到主卡盤55的晶片固定裝置32。該晶片固定裝置可以由磁力材料(譬如鐵基合金)制造。晶片固定裝置32被用來傳送被晶片傳送工具(將在后面加以說明)組合到一起的晶片W與接觸器。
調(diào)準室52中可以放置一個調(diào)準機構(gòu)(未畫)。該調(diào)準機構(gòu)具有一臺固定在調(diào)準橋上的上攝像機以及一臺固定在主卡盤55一側(cè)的下攝像機。這些攝像機所檢測到的圖像被顯示在一個顯示裝置57上。在顯示裝置57的顯示屏上也顯示一個觸摸板，所以能夠在該屏幕上操作該調(diào)準器。主卡盤55被移動時，晶片W上的電極襯墊由上攝像機檢測。同時，主卡盤55被移動，附接到頂板53的接觸器11的凸起(圖3)由下攝像機檢測。根據(jù)這個圖像數(shù)據(jù)，晶片W上的電極襯墊與接觸器11的凸起就會被對齊。舉例來說，日本專利申請KOKAI出版號11-238767中建議的技術(shù)就可以被用來作為該調(diào)準技術(shù)。開啟/閉合驅(qū)動機構(gòu)54最好被設(shè)計得能在調(diào)準后對頂板53的開啟/閉合進行重復操作的任何時候都可以精確地使接觸器11與晶片W完全接觸。
由與可靠性評估測試裝置10的數(shù)據(jù)通信所發(fā)送的一個可靠性評估測試結(jié)果可以在顯示裝置57的顯示屏上被顯示為一幅晶片圖(圖16)。該測試結(jié)果在該晶片圖上被顯示為數(shù)值。測試后有缺陷的部分以及它們的狀態(tài)可以通過該晶片圖加以選擇，而且這些有缺陷的器件可以利用一臺顯微鏡79來觀察。更具體地講，在頂板53上制造一個與該第一開孔部分53A相鄰的第二開孔部分53F。該顯微鏡(譬如說，具有2000×或更高的一個放大倍數(shù))被安裝在第二開孔部分53F的表面。放置在主卡盤55上的晶片W的每個器件都可以通過該顯微鏡加以觀察。所以，在經(jīng)由可靠性評估測試裝置10加以測試的晶片W被安裝到調(diào)準器50的主卡盤之后，來自可靠性評估測試裝置10的測試結(jié)果就通過一條通信線路被發(fā)送到調(diào)準器50。該測試結(jié)果在顯示裝置57的顯示屏上被顯示為一幅晶片圖。一個用于該測試的器件可以在該屏幕上加以選擇。這個被測試器件通過操作主卡盤55而被移動到正好位于該顯微鏡之下的位置。由電遷移現(xiàn)象造成的空隙等可以在該晶片狀態(tài)下利用該顯微鏡加以觀察。如果利用一臺帶有透鏡的CCD攝像機來作為該顯微鏡，那么晶片W上的每個器件都能夠在顯示裝置57上加以觀察。
按照上述方式由調(diào)準器50使其完全接觸的晶片W與接觸器11由一個晶片傳送工具60傳送到可靠性評估測試裝置10。如圖6所示，晶片傳送工具60包括安排在外殼61中的一個磁路67、按照軸樞方式安裝在外殼61上以便開啟/閉合該磁路的一個操縱桿62以及在操縱桿62左右側(cè)連接到該外殼的一對把手63。一塊磁鐵可以被用來代替該磁路。在這種情況下，該磁鐵可以由操縱桿62在垂直方向上移動。如果在該晶片傳送工具被從頂板53(圖53A)的第一開孔部分53A放置到接觸器11的狀態(tài)下進行把手操作，那么磁路77就被激勵。如圖6所示，該磁路強烈吸引晶片固定裝置32，所以接觸器11、各向異性導電膜31以及晶片W就被組合到一起而不會有任何位置不齊。
本發(fā)明的可靠性評估測試方法的一個實施例將在下面參考圖5A至圖17、并結(jié)合可靠性評估測試系統(tǒng)的運行來加以說明。首先，接觸器11的探針(譬如凸起)與晶片W的電極襯墊利用調(diào)準器50進行對齊。為此，頂板53被開啟/閉合驅(qū)動機構(gòu)54開啟。接觸器11從頂板53的內(nèi)表面?zhèn)韧ㄟ^固定機構(gòu)53B被附著到第一開孔部分53A。同時，晶片固定裝置32被放置在主卡盤55上。然后，頂板53由開啟/閉合驅(qū)動機構(gòu)54閉合。然后，晶片W利用負載室51中的夾鉗與副卡盤進行預調(diào)準，并被該夾鉗放置在晶片固定裝置32上。隨后，晶片W上的電極襯墊與接觸器11上的凸起利用X-Y平臺56、旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)以及調(diào)準機構(gòu)加以調(diào)準。調(diào)準結(jié)束后，頂板53被開啟。各向異性導電膜31可以被放置在調(diào)準后的晶片W上。頂板53通過開啟/閉合驅(qū)動機構(gòu)來閉合調(diào)準室52的開孔部分。當主卡盤55向上移動到使接觸器11的凸起與晶片W的電極襯墊能通過各向異性導電膜31完全接觸時，就形成了包含晶片保持裝置32在內(nèi)的一個組合擠壓件71。
此后，當操作員將晶片傳送工具60從頂板53的第一開孔部分53A放到接觸器11上并操作晶片傳送工具60的操縱桿62來激勵該磁路時，晶片固定裝置32就被一個很強的磁力吸引而從接觸器11這一側(cè)分離，從而使接觸器11、各向異性導電膜31、晶片W以及晶片固定裝置32固定在一起而不會有任何位置不齊。頂板53通過釋放固定機構(gòu)53B來開啟。此后，晶片傳送工具60與擠壓件71一起被從主卡盤55分離，被傳送到可靠性評估測試裝置10，并被安裝到從裝置10的外殼19抽出的晶片存放單元12的加熱器29上。然后，當晶片存放單元12的加壓機構(gòu)27通過把手操作變傾斜時，晶片存放單元12內(nèi)的接觸器11的外緣部分就被壓向密封環(huán)26并被固定(圖2)。通過這種操作，晶片W通過晶片固定裝置32暫時與臺面22上的加熱器29接觸。當接觸器11的外緣部分與連接環(huán)24上的密封環(huán)26彈性接觸時，就形成與外界隔離的狀態(tài)。此外，接觸器11與連接環(huán)24的彈簧插針24A彈性接觸，使得接觸器11與連接環(huán)24電氣接觸。然后，操作晶片傳送工具60的操縱桿62來使該磁路去磁。該擠壓件被釋放，晶片傳送工具60從接觸器11分離，而且晶片存放單元12被壓入外殼19。
此后，控制器20(圖1B)驅(qū)動壓力機構(gòu)13的氣缸機構(gòu)13D并通過通孔13E向波紋管13B供應壓縮空氣。經(jīng)過這種注射后，氣缸機構(gòu)13D使壓力板13A與波紋管13B向下移動。壓力板13A之下表面上的輔助加熱器29C被安裝在加壓機構(gòu)27的內(nèi)部。在壓力板13A到達下端的狀態(tài)下，壓力板13A之下表面上的輔助加熱器29C與接觸器11接觸。這時，如圖7A所示，波紋管13B中壓縮空氣的壓力使壓力板13A通過輔助加熱器29C擠壓接觸器11的中央部分，所以接觸器11被均勻壓向晶片W的整塊表面。
來自壓力板13A與加壓機構(gòu)27的壓力使接觸器11的凸起11C與在晶片W的多層互連73上形成的電極襯墊通過各向異性導電膜31電氣接觸。晶片W的多層互連73可以按照與絕緣膜74交叉疊置的結(jié)構(gòu)來形成。這時，如圖7B所示，接觸器11可能變形并稍有起伏。如圖7A與圖2所示，波紋管13B中的壓縮空氣通過輔助加熱器29C糾正接觸器11的變形。采用這種糾正方法與各向異性導電膜31，接觸器11的所有凸起與晶片W的所有電極襯墊就在均勻壓力的作用下變得彼此完全電氣接觸。在該可靠性評估測試中，512個器件可以被同時測量。因此，與采用一臺測試爐的傳統(tǒng)方法相比，測試時間能夠大幅度下降。
在上述實施例中，當在一段時間內(nèi)(譬如大約30分鐘)從氣體供應口22A向晶片存放單元12供應惰性氣體時，晶片存放單元12中的空氣就從排氣口22B排出，以便在晶片存放單元12中形成惰性氣體環(huán)境。氧氣濃度被降低到10ppm或更低，更具體地講，降低到1～5ppm或更低。在這種氧氣濃度下，電極襯墊與晶片W的金屬互連的氧化能夠被可靠地防止。因此舉例來說，這些電極襯墊與金屬互連就可以采用易于氧化的銅或銅合金來制造。舉例來說，如圖8所示，如果在晶片W上形成一個由銅或近來使用的銅合金制造的襯墊P，而且在該測試前已經(jīng)經(jīng)過了一段很長的時間，那么在襯墊P的表面會形成一層氧化膜。該氧化膜使電氣連接變得很難。即使在這種情況下，如果惰性氣體(譬如氮氣)被預先供應到晶片存放單元12來形成惰性氣體環(huán)境，那么晶片存放單元12中的氧氣濃度會被降低到大約幾個ppm。然后進行加熱，接觸器11與晶片W受到擠壓，之間的電氣連接就會得到改善。如果襯墊P的表面氧化相當嚴重，那么就將含有百分之幾還原氣體(譬如氫氣)的一種惰性氣體(譬如氮氣)供應到晶片存放單元12并加熱到200℃或更高。采用這種操作，襯墊P上的氧化膜就被該還原氣體還原，襯墊P與接觸器11之間的電氣連接就會得到改善。這樣，在獲得接觸器11與晶片W之間的令人滿意的電氣連接后，接觸器11受到壓力機構(gòu)13的擠壓。采用這種操作，接觸器11與晶片W就能被可靠地電氣連接，可靠性評估測試就能夠進行。這時，該惰性氣體(譬如氮氣)或還原氣體(譬如氫氣)就從排氣口22B排出。由于晶片存放單元12中的空間達到最小，所以該氣體使用的用量可以被降到最低值。
如上所述，在這個實施例中，該可靠性評估測試能夠以晶片形式進行。在利用一臺測試爐的傳統(tǒng)方法中的所有晶片切割過程及組裝(包裝)過程都可以被省略。結(jié)果，測試時間可以被縮短，而且測試成本被大幅度降低。特別是，在該組裝過程中，很難將一根導線直接安裝到由銅或銅合金制造的襯墊P上。因此，如圖8B所示，在形成鋁制的一個阻擋層B與一個襯墊層P1之后，必須安裝導線L。但是在這個實施例中，如上所述，由于晶片存放單元12內(nèi)的氧氣濃度可以被降低到幾個ppm，所以鋁制的阻擋層B與襯墊層P1可以被省略。結(jié)果，測試成本可以被進一步降低。在該傳統(tǒng)方法中，因為測試爐的密封性能總體較差，所以除了一個鋁阻擋層之外，還必須有一個鋁襯墊層。如果由銅或銅合金制造的襯墊部分在測試期間被氧化，就很難保證電氣連接。
然后，加熱機構(gòu)14就開始運行。加熱器29與輔助加熱器29C的溫度上升。加熱器29與29C直接從上側(cè)與下側(cè)加熱晶片W。這樣，當晶片W被夾在中間并被加熱器29與輔助加熱器29C加熱時，晶片W可以在一個短的時間內(nèi)(譬如1小時內(nèi))被加熱到目標溫度(最高350℃)。此外，因為晶片存放單元12具有絕熱結(jié)構(gòu)，所以，由于晶片存放單元12的散熱而引起的任何溫度下降都能夠被有效抑制。結(jié)果，晶片W可以很容易地被保持在該目標溫度。加熱器29可以由獨立工作的第一與第二加熱器29A與29B構(gòu)成。即使熱量從接觸器11的外緣散失，外層的第二加熱器29B也會可靠地補償從接觸器11的外緣部分散失的熱量，并使晶片W的這個表面維持在該目標溫度。在160℃到350℃的范圍內(nèi)，晶片W的溫度分布的變化可以被抑制到±2.0℃或者更小。
如圖2所示，如果要在高溫下進行一項電遷移測試，就要使EM測量單元15A的連接板15C與布線板25的延伸部分25A的外連接端子接觸。然后，EM測量單元15A同時進行晶片W中512個器件的電遷移測量。測試器單元16分析該測試結(jié)果。在這種情況下，通過將晶片W穩(wěn)定地維持在350℃的高溫，晶片W就可以被維持在這些器件的銅制互連中的金屬原子的運動容易受到感應的狀態(tài)。結(jié)果，該測試結(jié)果就能夠在一個短的時間內(nèi)獲得，而且晶片W上的每個器件都可以在一個短的時間內(nèi)加以評估。
在需要供應一個電流來進行電遷移測試時，符合這個實施例的EM測量單元15A能夠供應三類電流，即一種DC電流、脈沖DC電流以及AC電流。利用一臺測試爐的傳統(tǒng)方法采用只供應一種DC電流、脈沖DC電流或者AC電流的方案。按照這個實施例的可靠性評估測試裝置10，這單獨一個裝置就能夠應付三種電流供應方案。
如果要供應這三種電流，可以采用在晶片W上形成的如圖9A與圖9B所示的測試模式來作為一種測試模式77。這些測試模式通常使用得最頻繁。基本的測試模式包括圖9A所示的一種單端型測試模式，對電子流而言在上游端有一個連接孔，還包括圖9B所示的一種雙端型測試模式，對電子流而言在上游與下游端都有一個連接孔。當電子由下層互連通過該連接孔流向上游互連時，采用圖9A所示的單端型測試模式。通常，在一次加速度測試中采用0.5至2.0mA/cm2的電流密度。但是，測試金屬互連的一個長度L需要被設(shè)置為一個不產(chǎn)生回流效應的長度。50μm或更長的一個互連長度就足敷使用，不過最好為100～200μm。該測試互連寬度通常隨要被測試的器件或?qū)ο蠖儭Ｔ谝粶y試的互連周圍，每側(cè)可以排列10個虛擬互連，即一個器件的兩側(cè)可以排列20個虛擬互連。排列這些虛擬互連是為了獲得一個目標互連寬度并同時在形成稀疏測試互連時避免平板印刷技術(shù)中的臨近效應，而且也是要檢測在電遷移測試時作為一種互連材料的金屬是否從該互連中被擠出。在該測試中，這種擠出基本上采用四端測量來進行監(jiān)測。
在要采用一個DC電流時，采用圖9A所示的一種單端型測試模式。采用互連長度L被設(shè)定為100μm的互連。如果該測試互連用銅或銅合金制造，那么該測試溫度最好為250℃到350℃。如果該測試互連用鋁或鋁合金制造，那么該測試溫度最好為150℃到250℃。要被供應的一個電流的密度最好約為0.5到3mA/cm2以避免由于焦耳加熱引起的任何溫度上升。圖10表示相對電阻值在采用圖9A所示的測試模式時的變化。從圖10可以明顯看出，存在一個很長的、電阻值完全不增加的時間(潛伏期)，然后，該電阻值突然增加(增長期)。這時，電阻值增長到——譬如說——10％或20％的時間被定義為一個故障時間。圖11表示采用同一個測試模式同時測試——譬如說——30個器件時的累積故障。在圖11中，一個對數(shù)正態(tài)分布被用來作為一個統(tǒng)計分布。除了對數(shù)正態(tài)分布外，可靠性評估測試裝置10也可以同時輸出一個維泊爾(Weibull)分布與正態(tài)分布。參看圖11，到達50％故障的時間被定義為MTF(平均故障時間)。線性近似的梯度的倒數(shù)就相應于電遷移中的變化。這兩個值在預測LSI電遷移壽命中是非常重要的參數(shù)。
舉例來說，在要采用一個DC脈沖電流時，就供應圖12所示的一個脈沖DC電流。在這種情況下，該脈沖頻率十分重要。舉例來說，必須有大約50KHz到10MHz的脈沖頻率。符合這個實施例的可靠性評估測試裝置10就能應付這個頻率。在采用一個脈沖DC電流的電遷移測試中，金屬原子的運動模式中的一個躍遷的產(chǎn)生與該脈沖頻率有關(guān)。到目前為止所報告的躍遷頻率為100KHz到幾個MHz。因此，這個實施例的可靠性評估測試裝置10能夠正常測量金屬原子的運動模式。在要供應一個AC電流時，重要的是改變該頻率以及占空率(ton/tcycle)，并同時如圖13所示保持該頻率的正區(qū)域與負區(qū)域面積具有相同的大小。這是因為它類似于一個LSI電路中經(jīng)常出現(xiàn)的金屬原子特性。
在對晶片形式的器件進行電遷移測試時，512個器件可以被同時測試。相反，在采用一臺測試爐的傳統(tǒng)方法中，最多只能測試大約100個器件。所以，在本發(fā)明的實施例中，測試能力要高4到5倍。此外，如果采用晶片W上設(shè)計的測試模式以及可靠性評估測試裝置10的測試模式的分組功能，就可以立即有效地獲得提高可靠性的技術(shù)開發(fā)所需的、很重要的數(shù)據(jù)，包括互連寬度關(guān)系(識別一條主擴散通路)(圖14A至圖14C)、臨界長度(Lc臨界長度)(圖15A)以及容器長度關(guān)系(圖15B)。相反，在使用一臺測試爐的傳統(tǒng)方法中，必須在每次要測量每個數(shù)據(jù)時對每個包進行調(diào)整。這就使該測試非常繁瑣，而且需要一個很長的時間才能獲得一個結(jié)果。
此外，在對該晶片上形成的器件進行測試時，與可靠性確關(guān)的輸出參數(shù)，譬如晶片W狀態(tài)中的TFT分布或初始電阻值，可以被輸出成圖16所示的晶片圖。因此，可夠立即掌握該分布狀態(tài)。舉例來說，參考圖16，用由雙口顯示的、該器件的輸出結(jié)果表示圖10所示的相對電阻值的變化。根據(jù)圖11所示的累積故障分布，可以立即看出相對電阻值對時間的變化或者累積故障對時間的變化。因此，根據(jù)該測試結(jié)果，可以在一個短的時間內(nèi)有效地獲得對象中的數(shù)據(jù)。此外，測試器單元16能夠在一個短的時間內(nèi)有效地、精確地分析該數(shù)據(jù)。相反，在使用一臺測試爐的傳統(tǒng)方法中，如果器件在晶片切割后加以包裝，就需要花費勞動作出標記來區(qū)分這些器件。這也可能導致標記錯誤。
在該電遷移測試之后，該測試結(jié)果可以由數(shù)據(jù)通信從可靠性評估測試裝置10傳送到調(diào)準器50。調(diào)準器50具有供調(diào)準用的一臺攝像機與顯微鏡。因此，當被測試的晶片W被放置到校正室52、而且一個有缺陷的器件正由該調(diào)準機構(gòu)對準到正對該顯微鏡下的位置時，就可以立即對一個故障——譬如由于電遷移引起的一個空隙——進行觀察。此外，512個測試模式的觀察結(jié)果可以被存儲為圖像。舉例來說，如果在該晶片圖上存在一個具有異常電阻特性的器件，那么該器件的圖像就能夠立即被顯示在顯示裝置57的顯示屏上。調(diào)準器50的攝像機在需要時能夠以手動方式操作以便以高放大倍數(shù)來觀察有缺陷的部分以及它周圍的區(qū)域。如果預先指定要被提取的電阻特性或空隙位置，那么在該測試之后，就能夠在空隙觀察后由調(diào)準器50自動列出。相反，在使用一臺測試爐的傳統(tǒng)方法中，每個器件要從該包裝中分離并用一臺顯微鏡加以觀察。這種觀察需要大量的工作量及時間。
舉例來說，在要進行該電遷移測試時，晶片W中的溫度分布在160℃到350℃的范圍內(nèi)被控制在±2.0℃。該電遷移測試可以在溫度與電流密度的加速條件下進行。作為測試結(jié)果，可以獲得MTF與變化σ。在不同溫度條件與不同電流密度條件下進行測試后，獲得加速度參數(shù)Ea(激活能量)與n(電流指數(shù))。最后獲得Juse(運行條件下的使用電流密度)。Juse最好盡量大。根據(jù)電遷移原理，數(shù)值n在1(增長期分量)到2(潛伏期分量)的范圍內(nèi)。數(shù)值n按照測試模式的形成精度或者按照一個器件被認為是一個缺陷器件的相對電阻變化率而變化。Ea是一個產(chǎn)生擴散的激活能量，由形成測試模式所用的材料及過程決定。數(shù)值Ea與n按照晶片W而不按照可靠性評估測試裝置10的性能來確定。相反，變化σ受可靠性評估測試裝置10的性能影響。圖17表示MTF與σ對Juse的影響程度。由圖17可以清楚看出，變化σ的影響相當大。換句話說，如果σ較大，譬如0.5或更大，那么就觀察不到MTF長度的影響。變化σ是因為晶片W(LSI制造過程)或可靠性評估參數(shù)裝置10而產(chǎn)生的。由于可靠性評估測試裝置10而引起的變化σ最好盡量小。由可靠性評估測試裝置10產(chǎn)生的σ可以分為兩類由晶片W中溫度分布引起的變化與由電流變化引起的變化。圖18A與圖18B分別表示由于電流變化所引起的一個Juse與由于溫度分布(變化)所引起的一個Juse。從這些計算結(jié)果可以明顯看出，由溫度分布引起的損耗非常大。為防止這一點，可靠性評估裝置10采用加熱機構(gòu)14在一個很小的空間內(nèi)直接并均勻加熱整個晶片W，從而即使在350℃的高溫下也能將該溫度分布限制在±2.0℃的范圍內(nèi)。因此，由可靠性評估測試裝置10引起的變化可以受到很大限制，所以就能夠可靠地進行一項電遷移測試。
如果除了上述電遷移測試外還要進行泄漏電流測量(偏置溫度測試BT測試)或TDDB(絕緣隨時間失效)測試，那么就由該切換機構(gòu)將EM測量單元15A的連接板15C切換到BT測量單元15B的連接板15D。采用這種切換，就能采用這單個裝置來進行不同的測試。在本發(fā)明的實施例中，可以省略該傳統(tǒng)組裝過程。此外，可以同時測試許多器件。因此，測試成本可以下降，測試效率可以大幅度提高。
圖19A至圖19D表示在一項泄漏電流測試中所用的測試模式的示例。如圖19A到圖19D所示，這個測試模式本質(zhì)上是與交叉指型模式不同的一種模式，而且是在互連之間排列的一種平面模式或互連模式。參看圖19B與19D，陰影部分表示分別從由圖19A與19C中的長短交替的虛線所指示的方向觀察到的互連部分。圖19C與圖19D上的口表示朝向上層互連的接觸孔。在該泄漏電流測試中，在保持晶片W處于預定溫度的同時施加一個電壓，而互連之間產(chǎn)生的泄漏電流中的變化則隨時間加以監(jiān)測。該泄漏電流達到預定值的時間是該樣本發(fā)生故障的時間。與該電遷移測試一樣，也畫出了故障時間的分布。在該泄漏電流測試中，維泊爾分布令人滿意地符合該特征壽命。
在這種測試中，也能像該電遷移測試一樣同時測量許多器件，而且，與測試模式相應的測試結(jié)果能夠加以分組。因此，可夠同時獲得多個測量數(shù)據(jù)，譬如電場的函數(shù)關(guān)系。如果在制造接觸器11時將該電遷移測試與泄漏電流測試的襯墊設(shè)計在相同的接觸器11中，就能夠同時進行該電遷移測試與泄漏電流測試。不過，該電遷移測試與泄漏電流測試中的溫度加速度被限制為相同的溫度。如果對該電遷移測試與泄漏電流測試需要使用不同的溫度加速度，就必須適當?shù)剡x擇使用可靠性評估測試裝置10。
如上所述，在這個實施例中，存放與接觸器11完全電氣接觸的晶片W的晶片存放單元12可以具有對接觸器11加壓的壓力機構(gòu)13以及對由壓力機構(gòu)13使其與接觸器11完全接觸的晶片W直接加熱的加熱機構(gòu)14。因此，像電遷移測試或泄漏電流測試這樣的一項可靠性評估測試可以對100個或更多器件進行，更具體地講，對晶片上形成的512個器件進行。與傳統(tǒng)方法不同，由于省略了將晶片W切割為器件的過程以及切割后組裝每個器件的過程，所以測試成本能夠下降。此外，可夠在短的時間內(nèi)有效地進行多種類型的可靠性評估測試。
晶片存放單元12可以具有其上放置與接觸器11完全電氣接觸的晶片W的臺面22、環(huán)繞臺面22并與接觸器11電氣接觸的連接環(huán)24以及與連接環(huán)24電氣接觸并支撐臺面22的布線板25。采用這種結(jié)構(gòu)，可使晶片存放空間最小。此外，晶片W的溫度可以在一個短的時間內(nèi)被上升到160℃或更高，更具體地講是350℃。
壓力機構(gòu)13可以具有與接觸器11接觸的壓力板13A、其一個下端被連接到壓力板13A的金屬波紋管13B、連接到波紋管13B的支撐板13C以及用于向這些部件供應空氣的裝置。采用這種結(jié)構(gòu)，接觸器11與晶片W之間的接觸壓力就能夠被該空氣壓力控制到最佳壓力。
密封環(huán)26可以被設(shè)計在連接環(huán)24上。密封環(huán)26與接觸器11接觸，從而在晶片存放單元內(nèi)密封出與外部隔離的空間。此外，還提供一種用于向晶片存放單元12供應惰性氣體(譬如氮氣)的裝置。采用這種結(jié)構(gòu)，晶片存放單元12內(nèi)的氧氣濃度可以被降低到10ppm或更低，更具體地講，被降低到1～5ppm或更低。結(jié)果，由于能夠防止晶片W上形成的金屬互連(譬如銅互連)被氧化，所以接觸器11與晶片W就能夠被可靠地電氣連接，而且能夠可靠地進行可靠性評估測試。在需要時，可以將還原氣體(譬如氫氣)加到該惰性氣體中一道供應。即使金屬襯墊受到相當程度的氧化，該氧化膜也能夠被可靠地還原，接觸器11與晶片W能夠被可靠地電氣連接，而且該可靠性評估測試能夠被可靠地進行。
加熱機構(gòu)14使第一與第二加熱器29A與29B加熱晶片W的下表面?zhèn)?，并使輔助加熱器29C加熱晶片W的上表面?zhèn)?。采用這種結(jié)構(gòu)，晶片W的兩個表面就能夠被直接從上、下側(cè)加熱，從而在一個短的時間內(nèi)上升到目標溫度(160℃或更高，更具體地講，為350℃)。由于晶片存放單元12具有絕熱隔離結(jié)構(gòu)，所以該測試期間的溫度可以被真正維持在該目標溫度。此外，晶片W的整塊表面上的溫度分布能夠被限制到±2.0℃或更小。所以，可夠獲得可靠地、幾乎不受溫度變化影響的結(jié)果。
可以設(shè)計EM測量單元15A、BT測量單元15B以及一個在測量單元15A與15B之間進行切換的切換機構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)，就可以用這單個裝置同時或交替進行該電遷移測試以及泄漏電流測試。因此，測試效率可以大為提高，而且測試成本也能夠被降低。
這個實施例可以具備在該電遷移測試中供應三種電流的功能，即一個DC電流、脈沖DC電流及AC電流。采用這種結(jié)構(gòu)，在這個實施例中，可以同時進行三類測試，而且測試時間大為縮短。此外，在這個實施例中，晶片W上形成的多種測試模式可以被分組。這個實施例具有對多個組中的5個或更多個組同時進行測試的分組功能。因此，由于能夠通過一次測試獲得與可靠性相關(guān)的多個參數(shù)，所以測試效率與數(shù)據(jù)分析效率能夠大幅度提高。
在這個實施例中，接觸器11可以具有耐熱片基11A。在耐熱片基11A的平面方向上的熱膨脹系數(shù)可以是1～50ppm/℃。即使在160℃或更高(譬如350℃)的高溫下，耐熱片基11A與晶片W的熱膨脹系數(shù)也只有很小差別。因此，可夠可靠地保證接觸器11與晶片W之間的電氣連接。如果耐熱片基11A由從耐熱樹脂(譬如聚酰亞胺或雙馬來酰亞胺三嗪樹脂)、具有一種加強材料(如玻璃織物或碳纖維)的耐熱樹脂、金屬(如鋁、銅、不銹鋼或不脹鋼)、導電體(如硅)以及主要含有氮化鋁或金剛砂的陶瓷之中選擇的至少一種材料來制造，就能夠保證熱膨脹系數(shù)。此外，除了連接到晶片W的部分以及連接到連接環(huán)24的彈簧插針24A的部分之外，絕緣涂層11F可以覆蓋其他部分。因此，可夠防止接觸器11與晶片W之間的任何額外接觸，而且能夠保證接觸器11與晶片W之間的可靠電氣連接。各向異性導電膜31可以被插在接觸器11與晶片W之間。因此，接觸器11的凸起能夠可靠地與晶片W的電極襯墊電氣連接。
這個實施例可以包括調(diào)準器50、晶片傳送工具60以及可靠性評估測試裝置10，調(diào)準器50使接觸器11與晶片W完全接觸，晶片傳送工具60將在調(diào)準器50中彼此完全接觸的接觸器11與晶片W組合起來一道傳送，而可靠性評估測試裝置10則利用通過晶片傳輸工具60存放并被組合到一起的接觸器11進行晶片W的可靠性評估測試。調(diào)準器50可靠地使接觸器11的凸起與晶片W上的電極襯墊接觸而將接觸器11與晶片W組合成一個擠壓件。然后，該擠壓件通過晶片傳送工具60被傳送到可靠性評估測試裝置10，而可靠性評估測試裝置10能夠可靠地執(zhí)行該可靠性評估測試?？煽啃栽u估測試裝置10與調(diào)準器50可以被設(shè)計得能夠進行數(shù)據(jù)通信。因此，在可靠性評估測試裝置10中獲得的測試結(jié)果可以被直接發(fā)送到調(diào)準器50。調(diào)準器50可以將該測試結(jié)果顯示為一幅晶片圖并加以使用。調(diào)準器50也可以具有一臺被用來根據(jù)該測試結(jié)果觀察晶片W的顯微鏡。因此，一個被測試器件可以在該晶片圖上加以指定。對被指定器件的一個空隙等可以直接加以觀察，并在以后被有效地用于過程開發(fā)。該觀察圖像既可以由調(diào)準器50加以存儲，也可以由可靠性評估測試裝置10加以存儲。
在這個實施例中，晶片傳送工具60可以具有磁鐵。因此，調(diào)準器50可以將完全接觸的接觸器11、各向異性導電膜31以及晶片W組合成一個擠壓件并加以固定。接觸器11與晶片W可以被可靠地傳送而不會出現(xiàn)任何位置不齊。
實施例制造本發(fā)明的接觸器的方法以及它的性能將參考圖22A至圖22D予以詳細說明。
第一實施例在該第一實施例中，將對制造圖3所示的接觸器11的一種情況進行說明。首先，噴射一種混合物并使其干燥來制備一種粒狀混合物粉末，該混合物按重量計算包括100份具有0.6μm平均顆粒尺寸的氮化鋁粉末、4份具有0.4μm平均顆粒尺寸的氧化釔粉末、12份丙烯酸樹脂黏合劑以及20份酒精。這種粒狀混合物粉末被充填到一個模具并被鑄造成平板形狀，以便獲得一個鑄件(生坯)。這個鑄件在1,890℃與15MPa下被熱壓10個小時來獲得具有一個5mm厚度的氮化鋁燒結(jié)體。從該燒結(jié)體切割具有一個310mm直徑的圓片狀片基來獲得圖20A所示的耐熱片基11A。在耐熱片基11A的平面方向上的熱膨脹系數(shù)為4.5ppm/℃。
然后，如圖20B所示，用一個噴涂裝置將銅噴涂到耐熱片基11A的表面來形成具有一個5μm厚度的一層薄銅膜11B1。薄銅膜11B1被覆蓋上一層薄膜101。薄膜101被曝光并被顯影來形成抗蝕刻膜101，具有薄銅膜11B1部分地對其曝光的一個開孔101A(圖20C)。然后，除了形成抗蝕刻膜101的部分之外，薄銅膜11B1都利用55℃的HF/HNO3水成溶液(HF/HNO3/水＝1/1/2)加以去除(圖20D)。除去抗蝕刻膜100就形成由銅制成的一個導體電路11B(圖20E) 。
然后，利用旋轉(zhuǎn)噴涂方法向耐熱片基11A的主表面(形成導體電路11B的表面)噴涂一種用于形成凸起的液體保護劑。該保護劑在一個160℃的溫度下干燥20分鐘來形成一層保護涂膜。該保護膜被曝光并被顯影來形成一層保護鍍膜102，如圖21A所示，具有供凸起成形的開孔102A。在一個無電鍍鎳槽中從開孔102A在導體電路11B上鍍鎳11C1(圖21B)。然后，如圖21C所示，除去保護鍍膜102以形成一個要被連接到晶片W的凸起11C。此外，在導體電路11B與凸起11C上形成一層鎳鍍膜103(圖21D)。
此外，如圖22A所示，粘度被調(diào)節(jié)到30Pa·s的光敏陽基環(huán)聚合物溶液被預先利用旋轉(zhuǎn)噴涂方法噴涂到鎳鍍膜103與耐熱片基11A的整塊表面，并在一個160℃的溫度下干燥20分鐘來形成一個光刻膠膜104。然后，如圖22B與圖22C所示，將一個光刻遮幅框放置在光刻膠膜104上，該遮幅框在與凸起開孔位置相應的位置上具有一個實心圓。光刻膠膜104在一種400mJ/cm2的條件下接受UV光線照射來對光刻膠膜104進行曝光顯影，從而形成一個用于連接晶片W的連接開孔104A。此外，如圖22D所示，從開孔104A在凸起11C與導體電路11B上電鍍一層稀有金屬105(譬如金)。經(jīng)過這一系列處理，就在耐熱片基11A上形成導體電路11B與凸起11C。盡管圖中未畫，但是按照與那一系列處理相同的處理也形成了一個開孔部分，要與可靠性評估測試裝置10的彈簧插針24A連接的連接襯墊部分11E就對該開孔曝光(圖3A與圖3B)。該凸起具有長方形狀。在間隔方向的最大長度為75μm。
第二實施例2在該第二實施計中將對圖4所示的制造接觸器11的一種方法加以說明。噴涂一種混合物并使其干燥來制備一種粒狀混合物粉末，該混合物按重量計算包括100份具有1.1μm平均顆粒尺寸的金剛砂粉末、0.5份作為燒結(jié)助劑的碳化硼粉末、12份丙烯酸樹脂黏合劑以及20份酒精。這種粒狀混合物粉末被充填到一個模具并被鑄造成平板形狀，以便獲得一個鑄件(生坯)。這個鑄件在2,100℃與17.6MPa下熱壓10個小時來獲得由金剛砂構(gòu)成的、具有一個3mm厚度的陶瓷片基。這塊陶瓷片基被浸泡在1,500℃的熔融硅中以使該陶瓷片基浸透該硅溶液。從該陶瓷片基切割具有一個210mm直徑的圓片形片基來獲得混合物片基。在該混合物片基的平面方向上的熱膨脹系數(shù)為3.6ppm/℃。一種玻璃糊狀物(G-523NShoei化學公司供貨)被涂在該混合物片基上。然后，將所得的構(gòu)成物在600℃下燒結(jié)1小時以便在主要由金剛砂構(gòu)成的混合物片基的表面獲得一層具有一個2μm厚度的氧化硅膜11G，從而獲得耐熱片基11A(圖4)。一個導體電路11B等就在耐熱片基11A的主表面按照與前面所述的程序類似的程序形成。
更具體地講，采用一個噴射裝置將銅噴射到耐熱片基11A的表面來形成一層具有一個5μm厚度的薄銅膜。該薄銅膜被覆蓋上一層薄膜。該薄膜被曝光并被顯影來形成該薄銅膜部分地對其曝光的一層抗刻蝕膜。然后，利用一種55℃的HF/HNO3水成溶液(HF/HNO3/水＝1/1/2)來除去形成該抗刻蝕膜的部分之外的薄銅膜。除去該抗刻蝕膜就形成由金屬銅構(gòu)成的導體電路11B。
然后，粘度被調(diào)節(jié)到30Pa·s的光敏陽基環(huán)聚合物的溶液被預先采用旋轉(zhuǎn)噴涂方法涂在耐熱片基11A的整個主表面，并在一個150℃的溫度下干燥20分鐘來形成一層由光敏陽基環(huán)聚合物的半硬化膜構(gòu)成的樹脂層。然后，將一個光刻遮幅框放置在該樹脂層上，該光刻遮幅框在與晶片W的襯墊部分以及與連接到可靠性評估測試裝置10的彈簧插針24A的連接襯墊部分11E相應的開孔位置上具有實心圓。該樹脂層在一個400mJ/cm2的條件下接受UV光線照射來使該樹脂層曝光并顯影，從而形成要被連接到晶片W的連接開孔部分以及連接襯墊部分11E將會對其曝光的開孔部分，而連接襯墊部分11E則要被連接到可靠性評估測試裝置10的彈簧插針24A。然后，該樹脂層在250℃的溫度下經(jīng)120分鐘被完全硬化，以便形成一個絕緣涂層11F。此外，采用一個鍍金槽在每個襯墊部分形成一層具有一個0.03μm厚度的金層，以便獲得圖4所示的接觸器11。
第三實施例在該第三實施例中，一塊含有玻璃織物的聚酰亞胺片基(在平面方向上的熱膨脹系數(shù)為30ppm/℃)被用來作為該片基的材料。這塊片基按照如下方法制造。一塊玻璃織物被浸泡在聚酰亞胺樹脂中。所得的構(gòu)成物在80℃下干燥1小時以便像階段B那樣預準備預浸料坯。10個預浸料坯被放成一疊，將所得的構(gòu)成物在7.8Mpa與120℃下加熱并加壓1小時。更具體地講，采用一個噴涂裝置將銅噴涂到該聚酰亞胺片基的表面來形成一層具有一個5μm厚度的薄銅膜。該薄銅膜被覆蓋上一層保護劑膜(TOKYO OHKA KK供應的DF)。該保護劑膜被曝光并被顯影來形成一層該薄銅膜部分地對其曝光的保護膜。然后，采用一種55℃的HF/HNO3水成溶液(HE/RNO3/水＝1/1/2)除去形成該抗蝕膜的部分之外的薄銅膜。除去該抗刻蝕膜就形成一個由銅制造的導體電路11B。
然后，粘度被調(diào)節(jié)到30Pa·s的光敏陽基環(huán)聚合物的溶液被預先采用旋轉(zhuǎn)噴涂方法噴涂在聚酰亞胺片基的整個主表面，并在一個150℃的溫度下干燥20分鐘來形成一層由光敏陽基環(huán)聚合物的半硬化膜構(gòu)成的樹脂層。然后，將一個光刻遮幅框放置在該樹脂層上，該光刻遮幅框在與晶片W的襯墊部分以及與連接到可靠性評估測試裝置10的彈簧插針24A的連接襯墊部分11E相應的開孔位置具有實心圓。該樹脂層在一個400mJ/cm2的條件下接受UV光線照射來使該樹脂層曝光并顯影，從而形成要被連接到晶片W的連接開孔部分以及連接襯墊部分11E將會對其曝光的開孔部分，而連接襯墊部分11E則要被連接到可靠性評估測試裝置10的彈簧插針24A。然后，該樹脂層在250℃的溫度下被加熱120分鐘并被完全硬化，以便形成一個絕緣涂層11F。此外，采用一個鍍金槽在通向晶片W的每個連接襯墊部分以及通向可靠性評估測試裝置10的每個連接襯墊部分的表面形成一個金層。采用一個導線安裝裝置來形成金制的尖錐形的金凸起，從而獲得一個接觸器。
比較示例1在比較示例1中，一種碳纖維被用來作為一種片基材料。舉例來說，一種碳纖維(與Toray供應的T-300相應的一種產(chǎn)品纖維直徑15μm)與苯酚樹脂加以混合。所得的混合物在一個1,000℃的溫度與一個19.6Mpa的壓力下被熱壓，以便獲得其平面方向上的熱膨脹系數(shù)為0.9ppm/℃的碳片基來作為耐熱片基。一種玻璃糊狀物(G-523NShoei化學公司供貨)被涂到該碳片基上。然后，所得的構(gòu)成物在600℃下被燒結(jié)1小時，以便在該表面形成一層具有一個2μm厚度的氧化硅膜。
采用一個噴涂裝置將銅噴涂到該耐熱片基的表面來形成一層具有一個5μm厚度的薄銅膜。該薄銅膜被覆蓋上一層保護劑膜(TOKYO OHKA KK供應的DF)。該保護劑膜被曝光并被顯影來形成一層該薄銅膜部分地對其曝光的抗刻蝕膜。然后，采用一種55℃的HF/HNO3水成溶液(HE/RNO3/水＝1/1/2)除去形成該抗刻蝕膜的一個部分之外的薄銅膜。除去該抗刻蝕膜就形成一個由銅制造的導體電路11B。
然后，粘度被調(diào)節(jié)到30Pa·s的光敏陽基環(huán)聚合物的溶液被預先采用旋轉(zhuǎn)噴涂方法噴涂在該耐熱片基的整個主表面，并在150℃的溫度下干燥20分鐘來形成一層由光敏陽基環(huán)聚合物的半硬化膜構(gòu)成的樹脂層。然后，將一個光刻遮幅框放置在該樹脂層上，該光刻遮幅框在與晶片W的襯墊部分以及與連接到可靠性評估測試裝置10的彈簧插針24A的連接襯墊部分11E相應的開孔位置具有實心圓。該樹脂層在一個400mJ/cm2的條件下接受UV光線照射來使該樹脂層曝光并顯影，從而形成要被連接到晶片W的連接開孔部分以及連接襯墊部分11E將會對其曝光的開孔部分，而連接襯墊部分11E則要被連接到可靠性評估測試裝置10的彈簧插針24A。然后，該樹脂層在250℃的溫度下經(jīng)120分鐘被完全硬化，以便形成一個絕緣涂層11F。此外，采用一個鍍金槽在通向晶片W的每個連接襯墊部分以及通向可靠性評估測試裝置10的每個連接襯墊部分的表面形成一層具有一個0.03μm厚度的金層，從而獲得一個接觸器。
比較示例2除了使用苯酚樹脂板以外，比較示例2與比較示例1相同。該苯酚樹脂片基是通過向一個用碳氟化合物制造的模具供應未硬化的苯酚樹脂并在120℃下硬化該樹脂來制備的。在這塊片基的平面方向上的熱膨脹系數(shù)為60ppm/℃。
對在上述實施例與比較示例中得到的接觸器，在25℃與250℃下獲得了晶片W與接觸器之間的接觸比。獲得了表1所示的一個結(jié)果。根據(jù)表1所示的結(jié)果，實施例1、2與3中的接觸器11展示出100％的接觸比。這表示這些接觸器能夠在一個250℃的高溫下使用。相反，比較示例1與2在類似室溫的溫度下展示出100％的接觸比。但是，這些接觸器不能在一個250℃的高溫下使用。
表1

本發(fā)明不受上述實施例的限制，這些構(gòu)成部件的設(shè)計可以在本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)適當變化。譬如說，如果壓力機構(gòu)13的壓力板13A采用絕熱材料制造，就能防止從接觸器11的上表面散熱，就可以不設(shè)計輔助加熱器29C。在該實施例中，各向異性導電膜31被插在接觸器11與晶片W之間。但是，如果接觸器11的凸起與晶片W的電極襯墊能夠彼此彈性接觸，那么就可以不插入各向異性導電膜31。
本發(fā)明的接觸器不限于上述實施例。任何具有其平面方向上的熱膨脹系數(shù)為1～50ppm/℃的耐熱片基的接觸器都被編入該發(fā)明。此外，本發(fā)明的接觸器也可以被用于可靠性評估測試以外的目的。
本發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可夠提供一種可靠性評估測試裝置、可靠性評估測試系統(tǒng)、接觸器以及可靠性評估測試方法，可夠?qū)问降陌雽w器件迅速、有效并可靠地進行可靠性評估測試，并大幅度降低該可靠性評估測試所需的工作量與成本。
權(quán)利要求
1.一種可靠性評估測試裝置(10)，根據(jù)來自測量單元的測試信號測試半導體器件的可靠性，該裝置包括測量單元(15)與存放單元(12)，該存放單元具有與外界隔離的絕熱結(jié)構(gòu)，存放與接觸器完全電氣接觸的半導體晶片(W)，并向/從該測量單元發(fā)送/接收測試信號，該裝置包括壓力機構(gòu)(13)，用于擠壓該存放單元內(nèi)的接觸器；以及加熱機構(gòu)(14)，將由該壓力機構(gòu)使其完全與該接觸器接觸的半導體晶片加熱到預定的溫度，其中，該可靠性評估測試裝置在加速條件下評估該半導體晶片上形成的多層互連(73)與絕緣膜(74)的可靠性。
2.按照權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，其中該存放單元(12)具有臺面(22)、連接環(huán)(24)以及布線板(25)，該臺面具有絕熱結(jié)構(gòu)，而且上面放置該半導體晶片，該連接環(huán)環(huán)繞該臺面并與該接觸器電氣接觸，該布線板與該連接環(huán)電氣接觸并向/從該測量單元發(fā)送/接收該測試信號。
3.按照權(quán)利要求2的可靠性評估測試裝置，在連接環(huán)(24)上還包括密封部件(26)以及用于向該存放單元供應惰性氣體與/或還原氣體的裝置(74)，該密封部件與接觸器(11)接觸以便在存放單元(12)中密封一個與外部隔離的空間。
4.按照權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，其中該壓力機構(gòu)(13)包括對該接觸器加壓的壓力板(13A)、下端被連接到該壓力板的波紋管(13B)、被連接到該波紋管上端并能夠垂直運動的支架(13C)以及用于向由該壓力板、該波紋管與該支架形成的空間供應氣體的裝置(76)。
5.按照權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，其中該加熱機構(gòu)(14)包括加熱器(29)，從下表面?zhèn)染鶆蚣訜岚雽w晶片(W)的整塊表面并被用作上述臺面。
6.按照權(quán)利要求5的可靠性評估測試裝置，其中該加熱器(29)包括加熱該半導體晶片中央部分的第一加熱器(29A)以及環(huán)繞該第一加熱器并加熱該半導體晶片外緣部分的第二加熱器(29B)。
7.按照權(quán)利要求5的可靠性評估測試裝置，其中該加熱機構(gòu)(14)包括從上表面?zhèn)燃釉摕岚雽w晶片的整塊表面的輔助加熱器(29C)。
8.按照權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，其中該測量單元(15)包括電遷移測量單元(15A)與泄漏電流測量單元(15B)。
9.按照權(quán)利要求8的可靠性評估測試裝置，還包括在這兩個測量單元之間交替切換的切換機構(gòu)(73)。
10.按照權(quán)利要求8的可靠性評估測試裝置，其中該電遷移測量單元(15A)包括供應三類電流的功能，這三類電流包括DC電流、脈沖DC電流以及AC電流。
11.按照權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，其中多個測試模式(77)在該半導體晶片上形成，而且該裝置包括將這多個測試模式分組、并同時對不少于5組進行可靠性評估測試的測試模式分組功能。
12.按照權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，還包括在該接觸器與該半導體晶片之間的各向異性導電膜(31)。
13.按照權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，其中該測量單元同時對該半導體晶片上形成的不少于100個半導體器件進行可靠性評估測試。
14.按照權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，其中該存放單元(12)包括將該半導體晶片維持在不低于160℃的溫度的絕熱結(jié)構(gòu)(23)。
15.按照權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，其中該接觸器包括耐熱片基(11A)，而且該耐熱片基的熱膨脹系數(shù)為1～50ppm/℃。
16.一種可靠性評估測試系統(tǒng)，包括調(diào)準器(50)，使接觸器與半導體晶片完全接觸；傳送工具(60)，傳送由該調(diào)準器保持彼此完全接觸的接觸器與半導體晶片；以及權(quán)利要求1的可靠性評估測試裝置，對由該傳送工具傳送的半導體晶片進行可靠性評估測試。
17.按照權(quán)利要求16的可靠性評估測試系統(tǒng)，允許在該調(diào)準器與該可靠性評估測試裝置之間進行數(shù)據(jù)通信。
18.按照權(quán)利要求16的可靠性評估測試系統(tǒng)，其中該調(diào)準器包括一臺根據(jù)該半導體晶片的測試結(jié)果來觀察該半導體晶片的顯微鏡(79)。
19.按照權(quán)利要求16的可靠性評估測試系統(tǒng)，其中該傳送工具(60)包括用于將該接觸器與該半導體晶片組合成一體的磁鐵(67)。
20.按照權(quán)利要求16的可靠性評估測試系統(tǒng)，其中該傳送工具(60)包括一條磁路(67)以及用來開/關(guān)該磁路的切換裝置(62)，而且該切換裝置對該磁路進激勵/消磁來使該傳送工具吸引/釋放該接觸器與該半導體晶片。
21.一種接觸器，包括具有1～50ppm/℃熱膨脹系數(shù)的耐熱片基(11A)以及在該耐熱片基上形成的導體電路(11B)，而且被用來在不低于160℃的溫度下執(zhí)行可靠性評估測試。
22.按照權(quán)利要求21的接觸器，其中該導體電路包括一個凸起(11C)。
23.按照權(quán)利要求21的接觸器，其中該耐熱片基用從耐熱樹脂、金屬、半導體以及陶瓷中選擇的至少一種材料來制造。
24.按照權(quán)利要求21的接觸器，其中絕緣涂層(11F)在表面上除了執(zhí)行該可靠性評估測試時進行電氣連接的部分之外的部分形成。
25.在半導體晶片與接觸器彼此完全電氣接觸的狀態(tài)下，對該半導體晶片執(zhí)行不同可靠性評估測試的一種可靠性評估測試方法。
26.通過擠壓彼此完全電氣接觸的半導體晶片與接觸器、將該半導體晶片加熱到不低于160℃并使該半導體晶片導電來對該半導體晶片進行可靠性評估測試的一種可靠性評估測試方法。
27.按照權(quán)利要求25的可靠性評估測試方法，其中該可靠性評估測試同時對該半導體晶片上的不少于100個半導體器件進行。
28.按照權(quán)利要求25的可靠性評估測試方法，其中一項電遷移測試與/或一項泄漏電流測被試作為該可靠性評估測試加以執(zhí)行。
29.按照權(quán)利要求25的可靠性評估測試方法，其中該半導體晶片的表面上的溫度分布在160℃到350℃的范圍內(nèi)被控制在±2.0℃之內(nèi)。
30.按照權(quán)利要求25的可靠性評估測試方法，其中該半導體晶片與該接觸器被放置在惰性氣體環(huán)境以及由惰性氣體與還原氣體混合的環(huán)境兩者之中的一種環(huán)境內(nèi)。
31.按照權(quán)利要求30的可靠性評估測試方法，其中該環(huán)境內(nèi)的氧氣濃度不高于100ppm。
全文摘要
可靠性評估測試裝置(10)，包括晶片存放單元(12)，該存放單元存放晶片(W)，該晶片則處于該晶片上形成的若干器件的電極襯墊與接觸器(11)的凸起彼此完全電氣接觸的狀態(tài)。該晶片存放單元(12)向/從測量單元(15)發(fā)送/接收一個測試信號，并具有與外界隔離的絕熱結(jié)構(gòu)。該晶片存放單元(12)具有對接觸器(11)加壓的壓力機構(gòu)(13)以及直接將與接觸器(11)完全接觸的晶片(W)加熱到預定高溫的加熱機構(gòu)(14)。該半導體晶片上形成的一層互連膜與絕緣膜的可靠性可以在加速條件下加以評估。
文檔編號G01R31/28GK1575514SQ02821110
公開日2005年2月2日 申請日期2002年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者竹腰清, 保坂久富, 荻原順一, 初鹿國彥, 臼井孝公, 金子尚史, 早坂伸夫, 井戶義幸 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社, 株式會社東芝, Ibiden股份有限公司