[發明專利]用于TSV銅互連材料力學性能測試的原位拉伸樣品制備方法

有效

• 申請號: 201310093853.X
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103196724A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 于大全;劉海燕
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及微電子封裝領域，具體是一種用于TSV銅互連材料力學性能測試的原位拉伸樣品制備方法。

背景技術

隨著半導體電路集成度的不斷提高，電子封裝密度也在不斷提高。近年來，將多個芯片在高度方向上堆疊起來，并通過硅通孔（TSV）技術實現電氣連接的三維封裝形式有了飛速發展，成為新一代電子封裝技術。在這種封裝結構中，通過兩層或者多層芯片堆疊，不僅可以大大提高電路的集成度，同時減少了電路的傳輸距離，有利于改善信號的完整性，降低信號的損耗。

在芯片封裝過程中，封裝體通常需要承受多次熱沖擊和高低溫循環。TSV中填充的材料通常為金屬銅，該金屬材料與硅芯片的力學性能存在巨大差異，導致芯片在加熱或熱循環過程中，TSV銅柱內部產生較高的熱應力和微孔洞、裂紋等缺陷。而該銅柱尺寸僅為微米級，其力學性能與宏觀的塊體材料存在很大差別，不能通過塊體材料的彈性模量、拉伸強度等力學參數推知該微小樣品的性能。因此，急需制備出TSV銅互連材料的力學測試樣品，以獲得準確的彈性模量、抗拉強度等力學性能數據，為TSV銅互連的可靠性測試提供數據支持。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種用于TSV銅互連材料力學性能測試的原位拉伸樣品制備方法，制備一種可直接進行力學性能測試的TSV銅互連樣品。

按照本發明提供的技術方案，所述原位拉伸樣品制備方法為：將完成TSV通孔或盲孔金屬化填充的硅圓片進行切割，使切割后的硅片中至少有一根TSV銅柱；將硅片固定于一承載裝置的凹槽中；在承載裝置具有所述凹槽的表面涂覆光刻膠定義出光刻位置，并進行光刻刻蝕硅片，暴露出TSV銅柱的中間部位；最后將TSV銅柱兩端的硅片固定到樣品夾持端，形成原位拉伸樣品。

具體的，所述硅圓片厚度為200-500μm。所述TSV通孔直徑為20-50μm，高度為200-500μm。

切割后的硅片安放到承載裝置的凹槽中時，保持硅片中的TSV銅柱水平放置。

涂覆光刻膠時在硅片表面留出光刻開口，開口寬度為100-200μm。

所述樣品夾持端材料為銅、鋼、鎳中的一種。

所述樣品夾持端具有凹槽，TSV銅柱兩端的硅片分別固定于兩個凹槽中。所述TSV銅柱兩端的硅片可利用粘結劑實現與樣品夾持端的結合。

所述樣品夾持端為兩個正方體或長方體，在TSV銅柱軸向方向厚度為300-1000μm，與TSV銅柱垂直截面的邊長范圍為1000-5000μm。

本發明的優點是：實現TSV原位拉伸樣品的制備，采用刻蝕的方法，暴露出部分TSV銅柱材料；通過TSV兩端的硅片與塊體夾持端的鍵合，可將該拉伸樣品直接利用普通拉伸機進行力學性能測試。樣品測試過程中，僅暴露的TSV銅柱部分發生變形，可根據儀器測得的應力-應變曲線得到樣品的受力和變形情況。該樣品制作方法簡單，可方便有效的測量出TSV的抗拉強度、彈性模量等力學性能，為TSV三維封裝的可靠性測試提供有效數據支持。

附圖說明

圖1是帶有TSV結構的硅圓片剖面圖。

圖2是切割后的硅片置于承載裝置凹槽中的示意圖。

圖3是在承載裝置表面涂覆光刻膠的示意圖。

圖4是對硅片進行光刻和刻蝕的示意圖。

圖5是光刻后暴露出TSV銅柱中段的硅片。

圖6是裝備上樣品夾持端的原位拉伸樣品剖面圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖6所示，本發明制作的原位拉伸樣品包括TSV銅柱2、銅柱兩端的硅片1和樣品夾持端5。具體制備方法如下：

一．???????準備一帶有TSV銅電鍍填充的硅圓片，如圖1所示。硅圓片厚度為200-500μm。TSV通孔直徑為20-50μm，高度為200-500μm。

二．???????對圖1的硅圓片進行劃片，使切割后的硅片中至少有一根TSV銅柱2（圖2中為1根），并將硅片1固定到承載裝置3上，如圖2所示；所述承載裝置3帶有凹槽結構，凹槽尺寸與切割后的硅片尺寸相同，所述硅片正好填充于承載裝置3的凹槽中，使硅片上表面與承載裝置3的上表面在同一平面上，并保持硅片中的TSV銅柱2水平放置。

三．???????在承載裝置3表面涂覆光刻膠4，定義出光刻位置，如圖3所示，所述光刻位置位于TSV高度的1/2處，涂覆光刻膠4時在硅片1表面留出光刻開口，開口寬度為100-200μm。