[發明專利]一種TSV微盲孔表面電流密度的測定方法及系統

有效

• 申請號: 201610377641.8
• 申請日: 2016-05-31
• 公開（公告）號: CN105842523B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 王福亮;王峰;肖紅斌;李亦杰;朱文輝;李軍輝;韓雷
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01R19/08
• 分類號: G01R19/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 楊萍

技術領域

本發明屬于半導體三維封裝領域，具體涉及一種用于測定TSV微盲孔表面電流密度的方法及系統。

背景技術

集成電路技術隨著摩爾定律而快速發展，更高的電路集成密度催生了更高的互連密度，并帶來后道互連方式和封裝技術上的全面變革。以TSV(Through Silicon Via，硅通孔)互連為核心的三維集成封裝成為提升器件性能和性價比的必然選擇。三維集成是將不同功能的芯片(如存儲器、處理器等)堆疊、集成為一個多功能系統的過程。三維集成的一種方案是采用貫穿硅襯底的大量高密度TSV(深寬比達10-20)，實現了堆疊芯片之間的垂直上下互連，形成高密度三維集成，帶來“高密度、多功能、小尺寸”的眾多優點。

在三維集成制造中，TSV電鍍填銅(Copper electrodeposition)占到TSV成本的大約40％，因此，電鍍填銅成為三維集成制造的關鍵之一。TSV填銅的難點之一在于如何解決電鍍過程中形成的空洞或者縫隙。由于高深寬比TSV口部的電流密度遠遠大于孔底，孔口的生長速度較孔底快，孔口閉合后就形成了空洞或者縫隙。為了解決上述難題，業界提出采用了“自底向上”的TSV填充方法，通過在電鍍液中添加添加劑，使得具有大分子結構的抑制劑優先吸附在電場強度比較大的孔口及孔壁上端，降低孔口的電流密度和沉積速率；同時，利用小分子結構的加速劑和整平劑，增加孔底的電流密度和加速孔底的沉積速度，最終實現“自底向上”的TSV盲孔填充過程。

測量TSV微盲孔表面電流密度，是評估添加劑性能的最直接方法。目前，一般僅僅測量TSV硅片表面平均電流密度，即：測定電鍍總電流，然后除以硅片面積。比如：測定電鍍電流為1A，硅片面積為1平方分米，則認為電流密度為1安培每平方分米。然而，硅片表面積并沒有計及TSV微盲孔的側壁和底部，且TSV微盲孔在孔口和孔底的表面電流密度差別可達到10-20倍，因此，現有的測定方法無法滿足添加劑性能精確評估的要求。為此，有必要發明一種可以精確測定TSV微盲孔表面不同位置電流密度的新方法。

發明內容

本發明所解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種TSV微盲孔表面電流密度的測定方法及系統，能精確測定TSV微盲孔表面電流密度。

本發明的技術方案為：

一種TSV微盲孔表面電流密度的測定方法，基于以下測定系統，測定系統包括：三維運動平臺、光學顯微鏡及CCD、計算機、帶TSV微盲孔的硅片、Pt電極、精密電源、精密微電阻儀和電鍍電源；

所述三維運動平臺、光學顯微鏡及CCD、精密電源均受控于所述計算機；

所述Pt電極固定在三維運動平臺上，在三維運動平臺的帶動下能進行三維移動；

TSV微盲孔表面電流密度的測定過程為：

步驟1：將帶TSV微盲孔的硅片固定在夾具上，并放置在三維運動平臺的底座上，通過設置在底座上方的光學顯微鏡及CCD，確定硅片中TSV微盲孔的位置；為了后續Pt電極定位提供位置信息；光學顯微鏡將微觀結構放大，并在CCD中成像，將圖像輸入計算機中，進行圖像識別，確定硅片上微盲孔的位置；

步驟2：將硅片和夾具一起放入電鍍槽中，電鍍槽中盛有含有添加劑的電鍍液，然后將硅片、夾具、電鍍液及其電鍍槽進行抽真空預處理，使得電鍍液浸潤到TSV微盲孔中；然后放置10～60分鐘，等添加劑在TSV微盲孔內表面達到吸附平衡；

步驟3：將硅片、夾具、電鍍液連同電鍍槽一起放到三維運動平臺的底座上；根據步驟1獲得的TSV微盲孔的位置信息，通過三維運動平臺，將安裝在三維運動平臺上的Pt電極，定位到TSV微盲孔開口位置，即根據步驟1的視覺定位結果，將Pt電極移動到TSV微盲孔開口位置；

步驟4：測定TSV微盲孔口部電流密度：

ⅰ.將Pt電極移動到距離TSV微盲孔口部10-50納米的位置；

ⅱ.用精密微電阻儀的兩極分別連接Pt電極與硅片表面的種子層，測量此時Pt電極與硅片表面的種子層之間的電阻R₁；

ⅲ.電鍍槽中，將硅片接入電鍍電源的負極，用鍍覆金屬制成電鍍陽極與電鍍電源的正極聯接，開始進行電鍍，并測量Pt電極與硅片表面的種子層之間的電壓V₁，由于前面已經測得Pt電極與硅片表面的種子層之間的電阻(TSV微盲孔口部局部位置的電阻)R₁，因此可以計算出局部電流I₁＝V₁/R₁，然后再除以電極截面積，就可以獲得該位置點的局部電流密度。