[發明專利]一種總劑量效應對TSV結構材料性能變化的分析方法

在審

• 申請號: 202210484943.0
• 申請日: 2022-05-06
• 公開（公告）號: CN114878921A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 張有鑫;薛玉雄;單光寶;劉洋;王新淦;曹榮幸;鄭澍;李紅霞;韓丹;曾祥華
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01R27/28
• 分類號: G01R27/28;G01R27/26
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發明公開了一種總劑量效應對TSV結構材料性能變化的分析方法，首先制造三維互連TSV轉接板，利用矢量網絡分析儀測試出經不同劑量總劑量輻照下轉接板的散射參數；其次利用HFSS軟件擬合經不同輻照劑量下轉接板的散射參數，提取在不同輻照劑量的條件下TSV結構中材料Si、SiO₂的介電常數；接著總結出輻照劑量與TSV結構中材料Si、SiO₂的介電常數關系；最后根據得到的關系來分析出在任意值輻照劑量情況下TSV結構的材料參數。相較于現有技術，本發明通過結合有限元仿真軟件構建輻照劑量與TSV結構材料Si、SiO₂的介電常數的關系，能夠快速、方便、精確、經濟地分析出任意輻照劑量下TSV結構材料的物理參數。

技術領域

本發明涉及一種總劑量效應對TSV結構材料性能變化的分析方法。

背景技術

航天器件小型化是目前的發展趨勢，以TSV(through silicon via，穿透硅通孔)、RDL(Redistribution Layer，重布線層)和Bump(凸點)等技術為基礎的三維集成封裝正逐漸朝著小型化、輕量化、高密度以及高可靠性方向發展，為縮小器件體積提供了新的途徑。TSV技術是指在硅片上進行微通孔加工，在硅片內部填充導電材料，通過TSV技術實現芯片與芯片之間的垂直互連，是三維封裝的關鍵技術。但是，長期應用于空間環境中的三維微系統會受到輻照效應影響，使TSV結構的氧化層產生電子-空穴對，從而導致材料性能發生變化，其中主要改變的是氧化層材料的介電常數，繼而影響TSV結構與整個微系統的信號傳輸質量。而散射參數能夠描述傳輸通道的頻域特性，通過測得TSV結構的散射參數，能得到TSV結構信號傳輸的特性與質量。然而，采用總劑量效應輻照測試存在照費用昂貴、粒子加速器資源有限、實驗具有不可逆性及指定總劑量輻照劑量下測量TSV結構材料的物理參數繁瑣等問題。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種總劑量效應對TSV結構材料性能變化的分析方法，能夠快速、方便、經濟地分析出任意輻照劑量下TSV結構材料的物理參數。

技術方案：一種總劑量效應對TSV結構材料性能變化的分析方法，包括：

步驟1：設計并制作一批三維互連TSV轉接板，利用矢量網絡分析儀分別測試出三維互連TSV轉接板輻照前的散射參數S21；

步驟2：根據確定好的若干劑量點，對三維互連TSV轉接板進行鈷源輻照，之后再次利用矢量網絡分析儀測得經不同劑量下輻照后的散射參數S21；

步驟3：根據所述三維互連TSV轉接板，在HFSS軟件中建立對應的結構模型，隨后改變結構模型中材料Si、SiO₂的介電常數，將通過HFSS軟件仿真的散射參數與實測的散射參數進行擬合；

步驟4：根據所述散射參數S21以及材料Si、SiO₂的介電常數，得到鈷源輻照劑量與三維互連TSV轉接板中材料Si、SiO₂的介電常數的函數關系為：

y₁＝-1.43·e^-x/173.98+13.33 (1)

y₂＝-0.81·e^-x/154.60+4.71 (2)

其中，y₁為Si的介電常數；y₂為SiO2的介電常數；x為鈷源輻照劑量；

步驟5：根據所述函數關系來預測不同劑量點下三維互連TSV轉接板中材料Si、SiO₂的介電常數值。