[發(fā)明專利]銅互連微柱力學(xué)性能原位壓縮試樣及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310039874.3
• 申請(qǐng)日: 2013-02-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103175718A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪紅;王昭瑜;程萍;丁桂甫;顧挺;王慧穎;張叢春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N1/28
• 分類號(hào): G01N1/28;G01N3/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種微測(cè)試技術(shù)的壓縮試樣及其制備方法，具體說(shuō)，涉及一種用于模擬TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位壓縮試樣及其制備方法。

背景技術(shù)

TSV（Through?Silicon?Vias，硅通孔）疊層互連技術(shù)，不僅可以提高三維集成度，而且其短距離互連的優(yōu)勢(shì)可以降低互連延遲，是微電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。由于TSV中的銅互連材料，其制備工藝與結(jié)構(gòu)尺寸與宏觀的塊體銅材料不同，所以材料的屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度，楊氏模量等基本力學(xué)特性和宏觀材料相比，存在明顯的差異。

PDMS是一種常見(jiàn)的熱塑性彈性體，具有很好的圖形復(fù)制性。是一種很柔軟的材料，其楊氏模量比較小，容易受壓變形。PDMS薄膜彈性好，強(qiáng)度高，易于成型，且表面能低，所以成膜時(shí)容易從模具上取下，不對(duì)模具造成破壞。故PDMS已廣泛應(yīng)用于MEMS領(lǐng)域，如中國(guó)專利CN201010263850.2中提出了一種基于PDMS薄膜結(jié)構(gòu)的MEMS寬頻壓電能量采集器，即將PDMS作為結(jié)構(gòu)薄膜，感受外界振動(dòng)從而產(chǎn)生激勵(lì)輸出電壓的。本發(fā)明是利用了PDMS薄膜的高強(qiáng)度和良好的彈性，將PDMS作為制備金屬柱的模具。

現(xiàn)有的薄膜力學(xué)性能測(cè)試大多基于納米壓痕方法和薄膜單軸拉伸方法，而沒(méi)有用微壓縮的方法來(lái)測(cè)試材料的力學(xué)特性。納米壓痕是通過(guò)納米硬度測(cè)試過(guò)程中加載-卸曲線得出試樣力學(xué)參數(shù)的方法，是一種公知的方法，但無(wú)法獲得材料的斷裂強(qiáng)度等參數(shù)。

薄膜單軸拉伸方法試樣制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，測(cè)試數(shù)據(jù)易于獲取，如中國(guó)專利ZL200710047682.1中提出了一種用于薄膜力學(xué)性能測(cè)試的單軸微拉伸試件(公開(kāi)號(hào)為101149317A)，該發(fā)明介紹了一種力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)的用于薄膜力學(xué)性能測(cè)試的單軸微拉伸試件，但薄膜單軸拉伸方法其拉伸方向與電鍍層生長(zhǎng)方向垂直，無(wú)法獲得TSV銅材料原位的力學(xué)特性參數(shù)。在沒(méi)有詳細(xì)的微尺度、原位的銅材料力學(xué)特性參數(shù)背景下，進(jìn)行銅TSV結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模擬仿真，必然引用宏觀塊體銅材料的力學(xué)參數(shù)，使得TSV銅互連結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定的可靠性問(wèn)題，有礙產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

而原位拉伸試樣制備工藝和測(cè)試方法比較困難，如申請(qǐng)?zhí)枮?01210050952.5的發(fā)明專利，該專利申請(qǐng)中提出一種用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸試樣，但由于原位拉伸試樣需要上下兩個(gè)固定端部分，且它們與原位拉伸試樣部分在垂直方向上，因此不易制備。并且由于試樣部分的尺寸很小，在測(cè)試過(guò)程中不易將兩個(gè)固定端同時(shí)夾持，加大了測(cè)試的難度。

公開(kāi)號(hào)為102768148A的中國(guó)專利申請(qǐng)，該專利提供了一種用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位壓縮試樣，所述試樣包括試樣部分和用于固定試樣的固定端，所述的試樣部分是在硅通孔中形成的圓形金屬柱；所述試樣部分在所述固定端的上端部分。但是該專利試樣是采用常規(guī)技術(shù)制備，在硅通孔中形成的圓形金屬柱，不容易實(shí)現(xiàn)，且刻蝕硅時(shí)會(huì)對(duì)微柱產(chǎn)生損傷影響，從而導(dǎo)致力學(xué)性能測(cè)試準(zhǔn)確性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種銅互連微柱力學(xué)性能原位壓縮試樣及其制備方法，該試樣只需一個(gè)固定端，工藝方面更易于實(shí)現(xiàn)，且測(cè)試時(shí)只需將一端固定，因此更易于試樣力學(xué)性能的準(zhǔn)確測(cè)試。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種銅互連微柱力學(xué)性能原位壓縮試樣的制備方法，為了完整提取互連孔金屬柱作為試樣部分，用PDMS作為電鍍柱的模板基底。即圖形化PDMS之后，電鍍金屬于PDMS孔中，固化處理之后直接將PDMS剝下，釋放金屬柱。具體地，所述制備方法包括如下步驟：

（a）在玻璃片上濺射一層厚度為0.2-0.5微米的鈦種子層。

（b）在種子層上電鍍一層總厚度為200-300微米的（鎳或者銅或者鎳銅交替）金屬層；

（c）旋涂一層厚度為50-200微米的負(fù)膠；

（d）RIE刻蝕負(fù)膠之后，電鍍鎳于刻蝕出的直徑5-50微米，深度為50-200微米的孔中；

（e）去掉光刻膠、種子層，釋放出以步驟b制得的金屬層為基底的金屬柱,該金屬柱即步驟d電鍍得到的鎳柱；

（f）在步驟e制備得到的金屬柱及其金屬層基底上面旋涂一層PDMS，進(jìn)行固化處理；

（g）直接將PDMS從鎳柱上剝離下來(lái)；

（h）在PDMS上先濺射一層厚度為0.15-0.25微米的鈦種子層，再濺射一層厚度為0.5-0.8微米的銅種子層；

（i）在步驟h所述的銅種子層上電鍍銅，形成高深寬比的銅互連微柱結(jié)構(gòu)；

（j）將PDMS從銅柱上剝離下來(lái)，釋放銅柱。