專利名稱：一種用于“硅通孔”TSV-Cu結(jié)構(gòu)工藝殘余應力的測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工藝殘余應力測試方法，在本專利中命名為“切應力門檻值法”。它面向下一代三維(3D)互聯(lián)電子封裝技術(shù)，針對采用鍍銅工藝制作的“硅通孔” TSV(Through-Silicon Via) 3D互連封裝結(jié)構(gòu)在制作過程中產(chǎn)生的工藝殘余應力，發(fā)明了一種基于界面切應力的針對TSV-Cu (鍍銅工藝制作的硅通孔)工藝殘余應力測試方法，屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及消費者對電子產(chǎn)品更小、更便捷、更高可靠性不斷增長的需求，傳統(tǒng)的平面(2D)電子封裝技術(shù)越來越難以滿足這種需求，并且研發(fā)成本也越來越高。因此三維(3D)封裝技術(shù)得到越來越多的關(guān)注，而在眾多的3D封裝技術(shù)中，硅通孔(Through-Silicon Via)簡稱TSV被認為是3D封裝的核心。 在TSV制作過程中，要經(jīng)歷刻蝕、PECVD (等離子增強化學氣相沉積)、PVD物理氣相沉積、電鍍(銅)、CMP (化學機械拋光)等多個復雜工藝步，且不同工藝步的溫度相差懸殊，而TSV結(jié)構(gòu)中不同材料的熱膨脹系數(shù)有所不同，例如銅的熱膨脹系數(shù)是硅的6倍，這就導致在最后制作的TSV中存在著不同程度的工藝殘余應力。殘余應力的存在會嚴重影響著電子器件的熱機械可靠性，包括降低電子產(chǎn)品的電氣性能、降低可靠性、縮短服役周期等等，所以急需對TSV結(jié)構(gòu)中工藝殘余應力進行有效的測量評估，從而為改進TSV的制造工藝，提高電子產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性提供技術(shù)支撐。在現(xiàn)有的關(guān)于TSV-Cu結(jié)構(gòu)殘余應力測試中，往往使用納米壓痕儀、拉曼光譜、X射線等方法對TSV進行殘余應力的測試，但是采用不同方法測試的殘余應力結(jié)果相差較大，并且不同的測試方法會對試樣進行切割剖分等會使試樣中殘余應力得到釋放的處理方法，這就使得測試結(jié)果精度有待提高。針對TSV-Cu (鍍銅工藝制作的硅通孔)的工藝殘余應力的測試方法需要進一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的在于提供一種針對TSV-Cu在制作過程中產(chǎn)生的工藝殘余應力進行測試的獨特方法，在此命名為“切應力門檻值法”通過力學實驗以及實驗結(jié)果處理得到TSV-Cu中的工藝殘余應力，實驗原理簡單，可靠度高。本發(fā)明專利為一種工藝殘余應力測試方法，實驗裝置主要括壓頭1，實驗試樣2，試樣載臺3，鉬金電加熱片4四部分組成。其中試樣載臺3上開有一個通孔，且直徑要比試樣2中硅通孔的直徑要大。試樣載臺3在最下方，實驗試樣2放置在試樣載臺3上并將實驗試樣2中的銅柱同試樣載臺3中的孔洞對中，鉬金電加熱片4共四片位于實驗試樣2中上表面硅通孔的四周。壓頭I位于實驗試樣2的上方，從上往下對實驗試樣中的銅柱進行擠壓。其包括如下步驟
SI :實驗時，用壓頭I向下對實驗試樣2中硅通孔中的銅柱進行擠壓，同時記錄壓頭向下作用時的位移和壓力F，得到壓力F突然下降時的門檻值(F突然下降且降幅最大時的壓力值)，并將此值代入壓力和界面切應力轉(zhuǎn)換公式(I)中，便得到鍍銅工藝制作的硅通孔結(jié)構(gòu)TSV-Cu中銅和硅界面處發(fā)生滑移時的切應力門檻值τ 0Ο
權(quán)利要求
1.一種用于“硅通孔” TSV-Cu結(jié)構(gòu)工藝殘余應力的測試方法，所述方法基于的實驗裝置包括壓頭(1)，實驗試樣(2)，試樣載臺(3)，鉬金電加熱片(4)四部分組成；其中試樣載臺(3)上開有一個通孔，且直徑要比試樣(2)中硅通孔的直徑要大；試樣載臺(3)在最下方，實驗試樣(2)放置在試樣載臺(3)上并將實驗試樣(2)中的銅柱同試樣載臺(3)中的孔洞對中，鉬金電加熱片(4)共四片位于實驗試樣(2)中上表面硅通孔的四周；壓頭(I)位于實驗試樣(2)的上方，從上往下對實驗試樣中的銅柱進行擠壓；其特征在于其包括如下步驟 51:用壓頭(I)向下對實驗試樣(2)中硅通孔中的銅柱進行擠壓，同時記錄壓頭(I)向下作用時的位移和壓力F，獲得壓力F和位移曲線，得到壓力F下降時的門檻值，并將壓力F的門檻值代入壓力和界面切應力轉(zhuǎn)換公式(I)中，便得到鍍銅工藝制作的硅通孔結(jié)構(gòu)TSV-Cu中銅和硅界面處發(fā)生滑移時的切應力門檻值τ ^ ;
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于“硅通孔”TSV-Cu結(jié)構(gòu)工藝殘余應力的測試方法，其特征在于在加載過程中采用鉬金電加熱片(4)給試樣加熱，促進界面發(fā)生擴散滑移。
全文摘要
一種用于“硅通孔”TSV-Cu結(jié)構(gòu)工藝殘余應力的測試方法，屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域。用壓頭向下對實驗試樣中硅通孔中的銅柱進行擠壓，同時記錄壓頭向下作用時的位移和壓力F，獲得壓力F和位移曲線，得到壓力F下降時的門檻值，并將壓力F的門檻值代入壓力和界面切應力轉(zhuǎn)換公式中，便得到鍍銅工藝制作的硅通孔結(jié)構(gòu)TSV-Cu中銅和硅界面處發(fā)生滑移時的切應力門檻值τ0；由切應力門檻值τ0計算得到本發(fā)明所需要測量的“硅通孔”TSV-Cu殘余應力。本發(fā)明最大程度保持試樣的完整性，不對試樣進行切割等影響殘余應力釋放的操作，測試結(jié)果更加精確，同時殘余應力的計算方法簡單可靠，可以直觀的判斷殘余應力的正負。
文檔編號G01N19/00GK102818765SQ20121031045
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者秦飛, 武偉, 安彤, 夏國峰, 劉程艷, 于大全, 萬里兮 申請人:北京工業(yè)大學