[發明專利]帶網狀支撐框架的低應力微拉伸試樣的制備方法

無效

• 申請號: 201110386375.2
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102519762A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 汪紅;李君翊;王慧穎;王艷;丁桂甫
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種測試技術領域的微拉伸試樣的制備方法，具體說是一種用于硅通孔互連銅(Cu-TSV)薄膜的力學性能測試的帶有網狀支撐框架的低應力微拉伸試樣的制備方法。

背景技術

隨著微電子行業電子產品的微型化趨勢，芯片的三維集成概念應運而生，并通過硅通孔(TSV-through?silicon?via)技術得以實現。銅由于其高電導率、相對成熟的電沉積工藝及其對電子遷移的高阻抗，被選為TSV中的互連材料。然而，微尺度下材料的力學性能不僅會受尺寸效應的影響，并且因制造工藝而異，即在微尺度下的材料的力學性能與宏觀材料有顯著差異，這導致由宏觀體積測得的力學性能參數已經遠不能滿足微尺度器件的設計需求。因此，研究并表征硅通孔中微尺度互連銅(Cu-TSV)的力學性能對TSV技術的發展具有重要意義。目前，針對微尺度材料力學性能表征的方法有單軸拉伸法、納米壓痕法、懸臂梁法等，其中單軸拉伸法被公認為是最直接而可靠的測試方法。但單軸拉伸法的難點在于微尺度薄膜試樣的制備與夾持、與微拉伸測試系統的精密配合以及應力應變的精確測量等。

經對現有技術文獻的檢索發現，Jun?Tang等在《Journal?of?Micromechanics?and?Microengineering》(《微型機械與微型工程學報》，19(2009)105015(9pp))發表了題為“Design?and?fabrication?of?a?micro?scale?free-standing?specimen?for?uniaxial?micro-tensile?tests”(“一種用于單軸微拉伸測試的微尺度懸空試樣的設計與制備”)的論文，設計了微彈簧支撐框架結構，對MEMS材料薄膜進行單軸原位拉伸實驗。其制備工藝為在玻璃基片或者硅基片上甩光刻膠犧牲層，然后濺射Cr/Cu種子層并沉積Ni薄膜，最后去除犧牲層及Cr/Cu種子層釋放試樣或刻蝕硅，得到帶微彈簧支撐框架的獨立懸空微拉伸試樣。此方法的缺點是需要進行兩次拉伸以減去拉伸微彈簧所產生的力，導致數據處理繁瑣。且制備方法中采用了Cu濺射層為種子層，無法與Cu-TSV微拉伸試樣的制備工藝兼容。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種用于薄膜力學性能測試的低應力微拉伸試樣的制備方法，用于測試Cu-TSV薄膜的力學性能。通過該方法制備的微拉伸試樣結構簡單，平整度好，能夠有效減小薄膜應力，實現Cu-TSV薄膜的原位獨立拉伸。

本發明采用UV-LIGA技術和電沉積技術相結合的工藝來制備。

本發明通過以下技術方案實現，包括如下步驟：

第一步，制作掩模版，可以用菲林版，精度要求較高的可用鉻版，分為Cu-TSV試樣層掩模版及支撐框架層掩模版；

第二步，在玻璃片基片上旋涂光刻膠作為犧牲層并進行前烘處理；

所述的旋涂是指以1200轉/分的速度旋涂光刻膠30秒，所述的光刻膠為AZ4630。該犧牲層的作用是保證試樣在制備完成后從玻璃基片上順利釋放。

第三步，在光刻膠犧牲層上濺射金屬Ti層，做Ti表面活化處理，并將基片烘干；

所述Ti金屬層的厚度為0.8～1μm，所述Ti表面活化處理的作用是提高其與后續光刻膠的結合力。

第四步，在表面活化處理的Ti層上旋涂光刻膠，然后將基片依次通過曝光、顯影處理，根據掩模板設計的微拉伸試樣形狀，實現微拉伸試樣層的光刻膠結構的圖形化；

所述旋涂是指以1200轉/分的速度旋涂光刻膠30秒，所述的光刻膠為AZ4630。所述曝光、顯影處理是指對光刻膠進行紫外線曝光，然后采用AZ-400K顯影液顯影150秒去除曝光區域的光刻膠。

第五步，在圖形化的光刻膠層上采用電化學沉積技術，得到Cu-TSV微拉伸試樣層；

第六步，將制得的微拉伸試樣層進行清洗并烘干，隨后再在其上依次進行膠上甩膠、曝光、顯影處理，根據掩膜版設計的支撐框架形狀，實現支撐框架層的光刻膠結構的圖形化，并采用電化學沉積技術電鍍得到支撐框架層；

所述膠上甩膠是指以1100轉/分的速度旋涂光刻膠30秒，所述的光刻膠為AZ49。所述曝光、顯影處理是指對光刻膠進行紫外線曝光，然后采用AZ-400K顯影液顯影480秒去除曝光區域的光刻膠。

第七步，去除光刻膠、刻蝕Ti濺射層，并去除底層光刻膠犧牲層，得到與基底分離的獨立的低應力微拉伸試樣。

所述步驟第二步、第三步、第六步的烘干溫度和時間分別為110℃、1h，60℃、30min，60℃、30min。