[发明专利]带网状支撑框架的低应力微拉伸试样的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试技术领域的微拉伸试样的制备方法，具体说是一种用于硅通孔互连铜(Cu-TSV)薄膜的力学性能测试的带有网状支撑框架的低应力微拉伸试样的制备方法。

背景技术

随着微电子行业电子产品的微型化趋势，芯片的三维集成概念应运而生，并通过硅通孔(TSV-through silicon via)技术得以实现。铜由于其高电导率、相对成熟的电沉积工艺及其对电子迁移的高阻抗，被选为TSV中的互连材料。然而，微尺度下材料的力学性能不仅会受尺寸效应的影响，并且因制造工艺而异，即在微尺度下的材料的力学性能与宏观材料有显著差异，这导致由宏观体积测得的力学性能参数已经远不能满足微尺度器件的设计需求。因此，研究并表征硅通孔中微尺度互连铜(Cu-TSV)的力学性能对TSV技术的发展具有重要意义。目前，针对微尺度材料力学性能表征的方法有单轴拉伸法、纳米压痕法、悬臂梁法等，其中单轴拉伸法被公认为是最直接而可靠的测试方法。但单轴拉伸法的难点在于微尺度薄膜试样的制备与夹持、与微拉伸测试系统的精密配合以及应力应变的精确测量等。

经对现有技术文献的检索发现，Jun Tang等在《Journal of Micromechanics and Microengineering》(《微型机械与微型工程学报》，19(2009)105015(9pp))发表了题为“Design and fabrication of a micro scale free-standing specimen for uniaxial micro-tensile tests”(“一种用于单轴微拉伸测试的微尺度悬空试样的设计与制备”)的论文，设计了微弹簧支撑框架结构，对MEMS材料薄膜进行单轴原位拉伸实验。其制备工艺为在玻璃基片或者硅基片上甩光刻胶牺牲层，然后溅射Cr/Cu种子层并沉积Ni薄膜，最后去除牺牲层及Cr/Cu种子层释放试样或刻蚀硅，得到带微弹簧支撑框架的独立悬空微拉伸试样。此方法的缺点是需要进行两次拉伸以减去拉伸微弹簧所产生的力，导致数据处理繁琐。且制备方法中采用了Cu溅射层为种子层，无法与Cu-TSV微拉伸试样的制备工艺兼容。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于薄膜力学性能测试的低应力微拉伸试样的制备方法，用于测试Cu-TSV薄膜的力学性能。通过该方法制备的微拉伸试样结构简单，平整度好，能够有效减小薄膜应力，实现Cu-TSV薄膜的原位独立拉伸。

本发明采用UV-LIGA技术和电沉积技术相结合的工艺来制备。

本发明通过以下技术方案实现，包括如下步骤：

第一步，制作掩模版，可以用菲林版，精度要求较高的可用铬版，分为Cu-TSV试样层掩模版及支撑框架层掩模版；

第二步，在玻璃片基片上旋涂光刻胶作为牺牲层并进行前烘处理；

所述的旋涂是指以1200转/分的速度旋涂光刻胶30秒，所述的光刻胶为AZ4630。该牺牲层的作用是保证试样在制备完成后从玻璃基片上顺利释放。

第三步，在光刻胶牺牲层上溅射金属Ti层，做Ti表面活化处理，并将基片烘干；

所述Ti金属层的厚度为0.8～1μm，所述Ti表面活化处理的作用是提高其与后续光刻胶的结合力。

第四步，在表面活化处理的Ti层上旋涂光刻胶，然后将基片依次通过曝光、显影处理，根据掩模板设计的微拉伸试样形状，实现微拉伸试样层的光刻胶结构的图形化；

所述旋涂是指以1200转/分的速度旋涂光刻胶30秒，所述的光刻胶为AZ4630。所述曝光、显影处理是指对光刻胶进行紫外线曝光，然后采用AZ-400K显影液显影150秒去除曝光区域的光刻胶。

第五步，在图形化的光刻胶层上采用电化学沉积技术，得到Cu-TSV微拉伸试样层；

第六步，将制得的微拉伸试样层进行清洗并烘干，随后再在其上依次进行胶上甩胶、曝光、显影处理，根据掩膜版设计的支撑框架形状，实现支撑框架层的光刻胶结构的图形化，并采用电化学沉积技术电镀得到支撑框架层；

所述胶上甩胶是指以1100转/分的速度旋涂光刻胶30秒，所述的光刻胶为AZ49。所述曝光、显影处理是指对光刻胶进行紫外线曝光，然后采用AZ-400K显影液显影480秒去除曝光区域的光刻胶。

第七步，去除光刻胶、刻蚀Ti溅射层，并去除底层光刻胶牺牲层，得到与基底分离的独立的低应力微拉伸试样。

所述步骤第二步、第三步、第六步的烘干温度和时间分别为110℃、1h，60℃、30min，60℃、30min。