[发明专利]一种用于“硅通孔”TSV-Cu结构工艺残余应力的测试方法

摘要

一种用于“硅通孔”TSV-Cu结构工艺残余应力的测试方法，属于电子信息技术领域。用压头向下对实验试样中硅通孔中的铜柱进行挤压，同时记录压头向下作用时的位移和压力F，获得压力F和位移曲线，得到压力F下降时的门槛值，并将压力F的门槛值代入压力和界面切应力转换公式中，便得到镀铜工艺制作的硅通孔结构TSV-Cu中铜和硅界面处发生滑移时的切应力门槛值τ0；由切应力门槛值τ0计算得到本发明所需要测量的“硅通孔”TSV-Cu残余应力。本发明最大程度保持试样的完整性，不对试样进行切割等影响残余应力释放的操作，测试结果更加精确，同时残余应力的计算方法简单可靠，可以直观的判断残余应力的正负。

主权项

一种用于“硅通孔”TSV‑Cu结构工艺残余应力的测试方法，所述方法基于的实验装置包括压头（1），实验试样（2），试样载台（3），铂金电加热片（4）四部分组成；其中试样载台（3）上开有一个通孔，且直径要比试样（2）中硅通孔的直径要大；试样载台（3）在最下方，实验试样（2）放置在试样载台（3）上并将实验试样（2）中的铜柱同试样载台（3）中的孔洞对中，铂金电加热片（4）共四片位于实验试样（2）中上表面硅通孔的四周；压头（1）位于实验试样（2）的上方，从上往下对实验试样中的铜柱进行挤压；其特征在于：其包括如下步骤：S1：用压头（1）向下对实验试样（2）中硅通孔中的铜柱进行挤压，同时记录压头（1）向下作用时的位移和压力F，获得压力F和位移曲线，得到压力F下降时的门槛值，并将压力F的门槛值代入压力和界面切应力转换公式（1）中，便得到镀铜工艺制作的硅通孔结构TSV‑Cu中铜和硅界面处发生滑移时的切应力门槛值τ0； τ 0 ≈ F 2 πrt - - - ( 1 ) 式（1）中，F为压头压力，r为硅通孔TSV中孔的半径，t为实验试样的厚度；在加载过程中，采用加载速度为0.1mm/min的缓慢加载方式；同时采用铂金电加热片（4）给试样进行加热，加载精度为1K，促使铜和硅的界面处发生扩散滑移；S2：TSV‑Cu结构工艺残余应力计算方法；根据公式（2）： σ R = τ 0 2 π 3 ( λ h ) 3 - - - ( 2 ) 其中σR为结构中铜和硅界面上作用的正应力，即此实验需要测量的“硅通孔”TSV‑Cu残余应力；τ0为第一步中测得的铜和硅界面处发生滑移时的切应力门槛 值；λ和h为利用扫描电子显微镜SEM测得的铜和硅界面粗糙度系数，其中λ为界面粗糙度的波长，h为界面粗糙度波峰和波谷见的距离。