一种TSV电镀铜填充效果的测试方法.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CN109470699A(43)申请公布日2019.03.15(21)申请号201811194876.9(22)申请日2018.10.15(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人马立民赵雪薇王乙舒郭福(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人刘萍(51)Int.Cl.G01N21/84(2006.01)G01N21/95(2006.01)G01N23/2202(2018.01)G01N23/2251(2018.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种TSV电镀铜填充效果的测试方法(57)摘要一种TSV电镀铜填充效果的测试方法属于材料制备与连接领域。包括步骤1：将化学机械抛光后的TSV晶圆样品切割取样，并将取自晶圆上不同区域的TSV样品置于坩埚中；步骤2：随后将坩埚放入管式炉中，并在管式炉中通入氩气作为保护气体；以10℃/min的升温速度将管式炉中的温度升至后保温；保温过程完成后，关闭管式炉加热装置，保持样品仍然在氩气保护下放置于管式炉的石英管中。打开管式炉保温炉盖，将石英管以及其中的TSV样品进行空气冷却。步骤3：当管式炉中的温度降低至室温后，解除石英管的密封状态，将石英管中的样品取出，在金相显微镜下观察。本发明分析周期短，有效方便、费用低，可以节约时间和成本。CN109470699ACN109470699A权利要求书1/1页1.一种TSV电镀铜填充效果的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将化学机械抛光后的TSV晶圆用金刚石刻刀切割取样，并将样品置于坩埚中；(2)将放有样品的坩埚置于管式炉中，开启真空阀门，打开真空泵抽真空至4pa以下，之后关闭真空阀门，关闭真空泵；在石英管中通入氩气作为保护气体，打开升温开关，以10℃/min的升温速度将管式炉中的温度升高至铜的蠕变温度，并在峰值温度保温30min；退火的峰值温度范围400℃到450℃。保温过程完成后，关闭管式炉加热装置，保持样品仍然在氩气保护下；打开管式炉保温炉盖，将石英管以及其中的TSV样品进行自然降温；(3)当管式炉中的温度降低至室温后，解除石英管的密封状态，将石英管中的样品取出，在金相显微镜下观察；TSV在经历退火后会发生电镀铜相对于基体硅的胀出现象；在金相观察过程中，若发现电镀铜表面发出金属光泽，铜胀出形式为局部胀出或者不胀出，局部胀出的高度范围为0.5μm以内；则TSV中电镀铜完成了无空洞填充。2.按照权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(1)中实验所用晶圆尺寸范围为6寸到12寸。3.按照权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(1)中选取样品的取样个数为9个以上。4.按照权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(2)中退火的峰值为424℃铜的蠕变温度。5.按照权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(3)中，完成无空洞电镀铜填充的TSV，局部胀出为晶粒状局部胀出，晶粒状局部胀出的高度范围为0μm到0.5μm。2CN109470699A说明书1/3页一种TSV电镀铜填充效果的测试方法技术领域[0001]本发明为一种检测TSV电镀铜填充效果的方法，属于材料制备与连接领域，使用有效且快捷的退火方法判断铜填充TSV的内部填充情况，可以降低时间以及人工成本。背景技术[0002]随着电子产品向着微型化，多功能化的发展，集成电路中的互连形式面临更高密度电流、更快响应时间的挑战。TSV(ThroughSiliconVia，硅通孔)技术，作为一种新兴的互连技术，可以实现芯片垂直堆叠，是理论上具有更小体积以及最快的响应时间的互连形式，在2.5D、3D封装中扮演着重要角色。在TSV的制作过程中，将TSV孔用铜填充满对于三位集成电路TSV制程来说至关重要，电镀铜过程中出现的空隙可能造成潜在的电性能、热性能以及机械可靠性问题。电镀铜过程完成后，铜会在晶圆表面形成一层铜覆盖层，后续工艺过程中多采用CMP(ChemicalMechanicalPolishing,化学机械抛光)方法去除表面多余的铜。然而不论是电镀完成后，还是CMP完成后，TSV的顶部一直会被铜覆盖，导致实际的填充情况很难被观察。然而在对不同尺寸TSV电镀参数进行调试的过程中，却必须了解大量不同参数下TSV中铜的填充情况。因此，如何方便快捷的对TSV中电镀铜的填充情况有所了解就变得十分重要。[0003]目前常用的检测TSV中铜填充情况的方法主要有两种。一种是采用切片的方法，对晶圆不同区域内的TSV进行金相试样的制备，随后通过金相显微镜或者扫描电子显微镜对样品的形貌进行观察，对铜的填充情况进行判断。金相切片过程繁琐，取样后，需用树脂将样品包裹固封，随后对目