專利名稱：用于tsv銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子封裝領(lǐng)域，具體是一種用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)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(lái)，將多個(gè)芯片在高度方向上堆疊起來(lái)，并通過(guò)硅通孔(TSV)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣連接的三維封裝形式有了飛速發(fā)展，成為新一代電子封裝技術(shù)。在這種封裝結(jié)構(gòu)中，通過(guò)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(shí)減少了電路的傳輸距離，有利于改善信號(hào)的完整性，降低信號(hào)的損耗。在芯片封裝過(guò)程中，封裝體通常需要承受多次熱沖擊和高低溫循環(huán)。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(xué)性能存在巨大差異，導(dǎo)致芯片在加熱或熱循環(huán)過(guò)程中，TSV銅柱內(nèi)部產(chǎn)生較高的熱應(yīng)力和微孔洞、裂紋等缺陷。而該銅柱尺寸僅為微米級(jí)，其力學(xué)性能與宏觀的塊體材料存在很大差別，不能通過(guò)塊體材料的彈性模量、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)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(xué)測(cè)試樣品，以獲得準(zhǔn)確的彈性模量、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為TSV銅互連的可靠性測(cè)試提供數(shù)據(jù)支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，制備一種可直接進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試的TSV銅互連樣
品O按照本發(fā)明提供的技術(shù)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(jìn)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(jìn)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200-500 μ m。所述TSV通孔直徑為20-50 μ m,高度為200-500 μ mD切割后的硅片安放到承載裝置的凹槽中時(shí)，保持硅片中的TSV銅柱水平放置。涂覆光刻膠時(shí)在硅片表面留出光刻開口，開口寬度為100-200 μ m。所述樣品夾持端材料為銅、鋼、鎮(zhèn)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(gè)凹槽中。所述TSV銅柱兩端的硅片可利用粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)與樣品夾持端的結(jié)合。所述樣品夾持端為兩個(gè)正方體或長(zhǎng)方體，在TSV銅柱軸向方向厚度為300-1000 μ m，與TSV銅柱垂直截面的邊長(zhǎng)范圍為1000-5000 μ m。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)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(guò)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(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。樣品測(cè)試過(guò)程中，僅暴露的TSV銅柱部分發(fā)生變形，可根據(jù)儀器測(cè)得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線得到樣品的受力和變形情況。該樣品制作方法簡(jiǎn)單，可方便有效的測(cè)量出TSV的抗拉強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能，為TSV三維封裝的可靠性測(cè)試提供有效數(shù)據(jù)支持。


圖1是帶有TSV結(jié)構(gòu)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(duì)硅片進(jìn)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(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖6所示，本發(fā)明制作的原位拉伸樣品包括TSV銅柱2、銅柱兩端的硅片I和樣品夾持端5。具體制備方法如下:
一.準(zhǔn)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200-500 μ m。TSV通孔直徑為20-50 μ m,高度為200-500 μ m。二.對(duì)圖1的硅圓片進(jìn)行劃片，使切割后的硅片中至少有一根TSV銅柱2(圖2中為I根)，并將硅片I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(jié)構(gòu)，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(shí)在硅片I表面留出光刻開口，開口寬度為100-200 μm。四.對(duì)硅片I進(jìn)行光刻和刻蝕，除去部分硅材料，暴露出TSV銅柱2的中間部位，如圖4所示。五.移除承載裝置3，得到如圖5所示的樣品結(jié)構(gòu)。六.將TSV銅柱兩端的硅片I分別固定到兩個(gè)方形樣品夾持端5，得到TSV銅互連結(jié)構(gòu)的原位拉伸樣品，如圖6所示。夾持部位為TSV銅柱2兩端的硅片I。樣品夾持端5材料為銅、鋼、鎳等金屬材料中的一種。樣品夾持端5具有凹槽，TSV銅柱2兩端的硅片I分別固定于兩個(gè)凹槽中。樣品夾持端5形狀為兩個(gè)正方體或長(zhǎng)方體，在TSV銅柱2軸向方向厚度為300-1000 μ m，與TSV銅柱2垂直截面的邊長(zhǎng)范圍為1000-5000 μ m。TSV兩端的硅片I固定于樣品夾持端5的中心部位，再利用粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)其與樣品夾持端5的結(jié)合。
圖6所示的樣品用于測(cè)量時(shí)，樣品通過(guò)兩個(gè)夾持端實(shí)現(xiàn)力學(xué)的加載。將兩夾持端固定在拉伸機(jī)的夾頭上，暴露的TSV銅柱將在拉力的作用下發(fā)生變形。通過(guò)記錄的拉力-位移曲線即可得到TSV銅柱的彈性模量、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，可方便有效的進(jìn)行原位TSV銅柱的拉伸性能測(cè)試，解決了塊體及薄膜樣品均不能反映該微小尺寸的TSV銅互連材料真實(shí)力學(xué)性能的問(wèn)題，可為TSV的可靠性提供有效的數(shù)據(jù)支持。
權(quán)利要求
1.用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，其特征是:將完成TSV通孔或盲孔金屬化填充的硅圓片進(jìn)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(jìn)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。
2.如權(quán)利要求1所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，其特征是，所述硅圓片厚度為200-500 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，其特征是，所述TSV通孔直徑為20-50 μ m,高度為200-500 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，其特征是，切割后的硅片安放到承載裝置的凹槽中時(shí)，保持硅片中的TSV銅柱水平放置。
5.如權(quán)利要求1所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，其特征是，涂覆光刻膠時(shí)在硅片表面留出光刻開口，開口寬度為100-200 μ m。
6.如權(quán)利要求1所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，其特征是，所述樣品夾持端材料為銅、鋼、鎳中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，其特征是，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(gè)凹槽中。
8.如權(quán)利要求1所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，其特征是，所述TSV銅柱兩端的硅片利用粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)與樣品夾持端的結(jié)合。
9.如權(quán)利要求1所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，其特征是，所述樣品夾持端為兩個(gè)正方體或長(zhǎng)方體，在TSV銅柱軸向方向厚度為300-1000 μ m，與TSV銅柱垂直截面的邊長(zhǎng)范圍為1000-5000 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測(cè)試的原位拉伸樣品制備方法，所述原位拉伸樣品包括TSV銅柱、銅柱兩端的硅片和夾持端。首先將帶有TSV通孔/盲孔結(jié)構(gòu)的硅圓片進(jìn)行切割和固定，然后對(duì)硅片進(jìn)行光刻和刻蝕，暴露出TSV銅柱的中間部分，最后將TSV銅柱兩端的硅片固定到夾持端，形成原位拉伸樣品。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，可方便有效的進(jìn)行原位TSV銅柱的拉伸性能測(cè)試，解決了塊體及薄膜樣品均不能反映該微小尺寸的TSV銅互連材料真實(shí)力學(xué)性能的問(wèn)題，可為TSV的可靠性提供有效的數(shù)據(jù)支持。
文檔編號(hào)G01N1/28GK103196724SQ20131009385
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
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