一种铜填充硅通孔电迁移测试结构制备方法及测试方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112255526A(43)申请公布日2021.01.22(21)申请号202010942379.3(22)申请日2020.09.09(71)申请人北京航天控制仪器研究所地址100854北京市海淀区北京142信箱403分箱(72)发明人邢朝洋赵雪薇李男男朱政强孙鹏(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人徐晓艳(51)Int.Cl.G01R31/28(2006.01)H01L23/544(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种铜填充硅通孔电迁移测试结构制备方法及测试方法(57)摘要本发明提供了一种铜填充硅通孔电迁移测试结构制备方法及测试方法，该方法将具有TSV菊花链测试结构的测试芯片，通过贴片胶及键合金丝连接至印制电路板；对载有测试芯片的印制电路板进行冷镶嵌，并通过磨抛获得TSV菊花链结构横截面，完成测试结构的制备；将测试结构放入管式炉中，向管式炉内通入保护气体；通过导线连接印制电路板的焊盘与直流电源，使测试结构处于通电状态，通过控制两端导线与电源连接的正负极来控制电流方向，通过控制通电电流的大小及TSV直径来控制电流密度，获得具有特定电流方向及特定电流密度的电流；测试期望通过对电流作用下铜填充TSV的显微组织演变行为进行表征，最终达到深入评价电流作用下铜填充TSV电迁移可靠性的目的。CN112255526ACN112255526A权利要求书1/2页1.一种铜填充硅通孔电迁移测试结构制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)、将带有铜填充硅通孔菊花链结构的测试芯片固定于印制电路板上；(2)、采用键合金丝将测试芯片上铜填充硅通孔菊花链结构两端的焊盘分别与印制电路板上的两根独立的外接印制线的一端焊盘进行引线键合，以此实现电信号互连；(3)、对载有铜填充硅通孔菊花链结构测试芯片的印制电路板进行树脂镶嵌，镶嵌过程中确保芯片垂直于镶嵌水平面，同时确保印制电路板上的两根外接印制电路的另一端焊盘作为铜填充硅通孔电迁移测试结构外接导线焊盘，不被镶嵌树脂包覆；(4)、对镶嵌了铜填充硅通孔菊花链结构测试芯片的树脂进行机械磨抛，露出铜填充硅通孔菊花链测试结构的横截面，并采用离子抛光的方式对所得铜填充硅通孔菊花链测试结构的横截面进行抛光处理，以消除机械抛光残余的应变层，获得可用于电迁移测试的横截面外露的铜填充硅通孔电迁移测试结构。2.根据权利要求1所述的一种铜填充硅通孔电迁移测试结构制备方法，其特征在于所述树脂镶嵌为冷镶嵌。3.基于权利要求1所述测试结构的一种铜填充硅通孔电迁移测试方法，其特征在于包括如下步骤：(s1)、采用万用表测量权利要求1所述铜填充硅通孔电迁移测试结构的电阻，记录初始电阻值。(s2)、将铜填充硅通孔电迁移测试结构放入管式炉中；(s3)、在铜填充硅通孔电迁移测试结构两个外接导线焊盘上焊接导线，通过导线分别连接至管式炉的第一电极法兰和第二电极法兰；(s4)、在管式炉石英管中通入保护气体，控制管式炉按照预设的升温速率升温至预设的温度值，并在峰值温度保温；(s5)、通过由第一电极法兰和第二电极法兰引出的导线，在铜填充硅通孔电迁移测试结构两端分别连接直流电源的正极和负极；(s6)、设置特定的通电电流方向和特定的通电电流密度，打开直流电源开关，使铜填充硅通孔电迁移测试结构处于通电状态；(s7)经过预设的一段时间后，关闭直流电源开关，关闭管式炉加热装置，保持硅通孔电迁移测试结构仍然在保护气体中，使石英管以及其中的硅通孔电迁移测试结构自然降温至室温，关闭保护气体，取出硅通孔电迁移测试结构；(s8)、采用万用表测量硅通孔电迁移测试结构的电阻，记录电阻值；(s9)、采用扫描电子显微镜拍摄硅通孔电迁移测试结构横截面的显微照片，记录硅通孔电迁移测试结构横截面的显微形貌状态；(s10)、通过硅通孔电迁移测试结构横截面的显微照片，观察测试结构在电迁移作用下产生的小丘及空洞，并对小丘及空洞的面积进行计算和记录；(s11)、重复S1到S10，直至硅通孔电迁移测试结构的电阻变化值超过电阻初始值的20％。4.根据权利要求3所述的一种铜填充硅通孔电迁移测试方法，其特征在于所述保护气体为氩气、氦气、氮气。5.根据权利要求3所述的一种铜填充硅通孔电迁移测试方法，其特征在于所述氩气的2CN112255526A权利要求书2/2页纯度不低于99.99％。6.根据权利要求3所述的一种铜填充硅通孔电迁移测试方法，其特征在于所述步骤(s3)中预设的温度值取值范围为：优选25℃到150℃。7.根据权利要求3所述的一种铜填充硅通孔电迁移测试方法，其特征在于所述步骤(s6)中可控的电流密度范围为1×105A/cm2～1×106A/cm2。8.根据权利要求3所述的一种铜填