[發明專利]用于TSV銅互連材料力學性能測試的原位拉伸試樣

有效

• 申請號: 201210050952.5
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102607938A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 汪紅;王慧穎;丁桂甫;顧挺;李君翊;程萍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02
• 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

本發明涉及的是一種測試技術的拉伸試樣，具體說，涉及一種用于TSV銅互連材料力學性能測試的原位拉伸試樣。

背景技術

TSV(Through?Silicon?Vias，硅通孔)疊層互連技術，不僅可以提高三維集成度，而且其短距離互連的優勢可以降低互連延遲，是微電子技術發展的一個重要方向。由于TSV中的銅互連材料，其制備工藝與結構尺寸與宏觀的塊體銅材料不同，所以材料的抗拉強度，楊氏模量等基本力學特性和宏觀材料相比，存在明顯的差異。

現有的薄膜力學性能測試大多基于納米壓痕方法和薄膜單軸拉伸方法，納米壓痕是通過納米硬度測試過程中加載一卸曲線得出試樣力學參數的方法，是一種公知的方法。

薄膜單軸拉伸方法試樣制備工藝相對簡單，測試數據易于獲取，如中國專利ZL200710047682.1中提出了一種用于薄膜力學性能測試的單軸微拉伸試件(公開號為101149317A)，該發明介紹：“一種力學性能測試技術的用于薄膜力學性能測試的單軸微拉伸試件，包括U型支撐平臺、移動平臺、蛇形支撐彈簧、對中標記、位移標記，蛇形支撐彈簧連接U型支撐平臺和移動平臺，U型支撐平臺和移動平臺與薄膜試樣的兩端懸空相連，對中標記位于移動平臺的上面，位移標記粘接在靠近薄膜試樣、移動平臺的尾端。本發明與國內外現有微拉伸試件相比，制備工藝可行，重現性好，成品率高，并且克服了拉伸過程中由支撐梁塑性變形而引起的實驗誤差。本發明集成式框架微拉伸試件適用于微機電系統中的各種單質金屬、合金和復合材料等薄膜材料微觀力學性能測試。”但薄膜單軸拉伸方法其拉伸方向與電鍍層生長方向不同，無法獲得TSV銅材料原位的力學特性參數。在沒有詳細的微尺度、原位的銅材料力學特性參數背景下，進行銅TSV結構設計和模擬仿真，必然引用宏觀塊體銅材料的力學參數，使得TSV銅互連結構設計存在一定的可靠性問題，有礙產業化的進程。

發明內容

本發明的目的是在于克服現有對TSV銅互連材料力學性能表征的不完善，提供一種用于TSV銅互連材料力學性能測試的原位拉伸試樣，使得到的力學參數更接近于實際應用。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明所述的原位拉伸試樣包括試樣部分和用于夾持試樣的夾持部分。

所述的試樣部分是在硅通孔中形成的圓形金屬柱，材料為銅材。

所述的夾持部分包括上夾持端和下夾持端，上、下夾持端均為方形平板結構，材料為銅材或鎳材。

本發明用于測量時，試樣部分的兩端通過上夾持端和下夾持端夾持，對上夾持端和下夾持端施加水平方向的拉力，就可以實現試樣的拉伸測試。通過對實驗過程中拉力和位移變化的記錄，可以得出試樣的應力應變曲線，從而能得出抗拉強度和楊氏模量等基本力學參數。

進一步的，所述試樣部分，所述上夾持端厚度部分，以及所述下夾持端厚度部分，它們的尺寸均為微米級。

與現有的國內外所用的微拉伸試樣相比，本發明設計的TSV銅互連原位拉伸試樣結構，主體尺寸是微米級，與實際生產中TSV銅互連主體尺寸基本相同，試樣受力方向與銅柱的生長方向一致，更貼近于實際應用中TSV銅互連的成型工藝與結構，其制備工藝可行，重現性好，成品率高；而且本發明是采用無框架結構，單軸拉伸，可以更直接的測試出TSV銅互連材料的力學性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例中所設計的TSV銅互連原位拉伸試樣結構示意圖；

圖1中：1為金屬柱，2為上夾持端，3為下夾持端；

圖2為本發明實施例中所設計的TSV銅互連原位拉伸試樣拉伸夾持示意圖；

圖2中：4為專用夾具。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

如圖1所示，本實施例提供一種TSV銅互連材料原位拉伸試樣結構，所述的原位拉伸試樣包括試樣部分和用于夾持試樣的夾持部分。

所述的試樣部分是在硅通孔中形成的金屬柱1，材料為銅材。

所述的夾持部分包括上夾持端2和下夾持端3，上、下夾持端均為方形平板結構，材料為銅材或鎳材。

所述試樣部分1，所述上夾持端2厚度，以及所述下夾持端3厚度，它們的尺寸均為微米級。

具體的，本實施例中，所述試樣部分1，其形狀為圓形金屬柱，直徑為5-50微米，高度為10-150微米；

本實施例中，所述試樣部分1，材料為金屬銅。