[發明專利]一種銅填充硅通孔電遷移測試結構制備方法及測試方法

在審

• 申請號: 202010942379.3
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112255526A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 邢朝洋;趙雪薇;李男男;朱政強;孫鵬
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28;H01L23/544
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

1.一種銅填充硅通孔電遷移測試結構制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)、將帶有銅填充硅通孔菊花鏈結構的測試芯片固定于印制電路板上；

(2)、采用鍵合金絲將測試芯片上銅填充硅通孔菊花鏈結構兩端的焊盤分別與印制電路板上的兩根獨立的外接印制線的一端焊盤進行引線鍵合，以此實現電信號互連；

(3)、對載有銅填充硅通孔菊花鏈結構測試芯片的印制電路板進行樹脂鑲嵌，鑲嵌過程中確保芯片垂直于鑲嵌水平面，同時確保印制電路板上的兩根外接印制電路的另一端焊盤作為銅填充硅通孔電遷移測試結構外接導線焊盤，不被鑲嵌樹脂包覆；

(4)、對鑲嵌了銅填充硅通孔菊花鏈結構測試芯片的樹脂進行機械磨拋，露出銅填充硅通孔菊花鏈測試結構的橫截面，并采用離子拋光的方式對所得銅填充硅通孔菊花鏈測試結構的橫截面進行拋光處理，以消除機械拋光殘余的應變層，獲得可用于電遷移測試的橫截面外露的銅填充硅通孔電遷移測試結構。

2.根據權利要求1所述的一種銅填充硅通孔電遷移測試結構制備方法，其特征在于所述樹脂鑲嵌為冷鑲嵌。

3.基于權利要求1所述測試結構的一種銅填充硅通孔電遷移測試方法，其特征在于包括如下步驟：

(s1)、采用萬用表測量權利要求1所述銅填充硅通孔電遷移測試結構的電阻，記錄初始電阻值。

(s2)、將銅填充硅通孔電遷移測試結構放入管式爐中；

(s3)、在銅填充硅通孔電遷移測試結構兩個外接導線焊盤上焊接導線，通過導線分別連接至管式爐的第一電極法蘭和第二電極法蘭；

(s4)、在管式爐石英管中通入保護氣體，控制管式爐按照預設的升溫速率升溫至預設的溫度值，并在峰值溫度保溫；

(s5)、通過由第一電極法蘭和第二電極法蘭引出的導線，在銅填充硅通孔電遷移測試結構兩端分別連接直流電源的正極和負極；

(s6)、設置特定的通電電流方向和特定的通電電流密度，打開直流電源開關，使銅填充硅通孔電遷移測試結構處于通電狀態；

(s7)經過預設的一段時間后，關閉直流電源開關，關閉管式爐加熱裝置，保持硅通孔電遷移測試結構仍然在保護氣體中，使石英管以及其中的硅通孔電遷移測試結構自然降溫至室溫，關閉保護氣體，取出硅通孔電遷移測試結構；

(s8)、采用萬用表測量硅通孔電遷移測試結構的電阻，記錄電阻值；

(s9)、采用掃描電子顯微鏡拍攝硅通孔電遷移測試結構橫截面的顯微照片，記錄硅通孔電遷移測試結構橫截面的顯微形貌狀態；

(s10)、通過硅通孔電遷移測試結構橫截面的顯微照片，觀察測試結構在電遷移作用下產生的小丘及空洞，并對小丘及空洞的面積進行計算和記錄；

(s11)、重復S1到S10，直至硅通孔電遷移測試結構的電阻變化值超過電阻初始值的20％。

4.根據權利要求3所述的一種銅填充硅通孔電遷移測試方法，其特征在于所述保護氣體為氬氣、氦氣、氮氣。

5.根據權利要求3所述的一種銅填充硅通孔電遷移測試方法，其特征在于所述氬氣的純度不低于99.99％。

6.根據權利要求3所述的一種銅填充硅通孔電遷移測試方法，其特征在于所述步驟(s3)中預設的溫度值取值范圍為：優選25℃到150℃。

7.根據權利要求3所述的一種銅填充硅通孔電遷移測試方法，其特征在于所述步驟(s6)中可控的電流密度范圍為1×10⁵A/cm²～1×10⁶A/cm²。

8.根據權利要求3所述的一種銅填充硅通孔電遷移測試方法，其特征在于焊接步驟(s2)中焊接導線的焊料選擇熔點在200℃以上Sn基無鉛釬料，優選二元合金SnCu系列、SnAg系列，三元合金SnAgCu系列，四元合金SnAgBiIn系列無鉛釬料。