[发明专利]一种TSV电镀铜退火效果的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体行业电镀铜高温退火后的检验考核方法，具体地，涉及一种TSV电镀铜退火效果的检测方法。

背景技术

随着电子信息产业的高速发展，在市场需求和时代进步的推动下，信息传输的容量大增，要求高速的信号传输和处理能力。传统的2D集成技术使得信号失真、延迟等问题日益严重。因此，3D集成技术就成为被用来解决缩短连线、多级集成、改善性能和降低功耗等问题的有效方法之一。在实现3D集成的技术中，硅通孔(Through Silicon Via，TSV)技术扮演着极其重要的关键角色，它使得3D互连成为可能。

TSV制造技术主要包括：通孔的形成；绝缘层、阻挡层、种子层的沉积；通孔的电镀铜填充、退火、化学机械研磨（CMP）。退火工艺是一种金属热处理工艺，是通过将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。达到降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷的目的。而在电镀铜填充后的TSV铜柱经过高温（400℃）退火后在晶界间容易产生微空洞（micro-void），影响信赖性。

电镀铜经退火后由于铜晶粒生长，在铜晶界间就会产生缝隙，同时由于铜热膨胀在铜与TSV孔壁之间也会产生缝隙，统称为micro void。图1所示为失效分析的FIB（Focused Ion beam，聚焦离子束）结果，从图中可以清晰的看到退火后TSV铜晶界间产生的micro void和TSV铜与孔壁间的缝隙，圈内标示。

但是该分析方法工艺繁琐，成本较高，因此需要发明一种简便有效的失效考察方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于考核TSV微孔电镀填充铜经退火后晶界间micro-void的失效分析方法，有效方便、费用低，分析周期短，可以省去或减少定点研磨、定点FIB等繁琐工艺，节约时间和成本。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种TSV电镀铜退火效果的检测方法，其中，该方法包含：步骤1，对TSV芯片进行物理研磨；步骤2，通过微腐蚀液抛光，将研磨好的TSV芯片在酸性的微腐蚀液介质中于抛光布上进行抛光腐蚀，抛光时间为0.5-10 min；所述的微腐蚀液是采用去氧化物的水溶液，按质量体积比计加入250-350g/L的三氧化二铝抛光粉制备而成的悬浮液；步骤3，超声去抛光粉，以水为介质将腐蚀后的TSV芯片超声1-5min，去除TSV孔表面的抛光粉及其异物；步骤4，将超声后的TSV芯片在扫描电镜下观察。

上述的TSV电镀铜退火效果的检测方法，其中，所述的去氧化物的水溶液包含硫酸和双氧水用量各为1%-10%的水溶液，过硫酸钠和硫酸用量分别为40-100g/L和1%-10%的水溶液，或氨水和醋酸用量各为1%-10%的水溶液中的任意一种。

上述的TSV电镀铜退火效果的检测方法，其中，所述的三氧化二铝抛光粉，其颗粒直径为0.3μm。

上述的TSV电镀铜退火效果的检测方法，其中，步骤1所述的物理研磨是通过研磨工具和研磨机进行研磨。

上述的TSV电镀铜退火效果的检测方法，其中，所述的研磨工具为不锈钢材质，包含中空的外圈，以及设置在外圈内部与外圈适配的内柱体；所述的外圈的一个端面设有由圆心向外周的同心轮齿，另一个端面为光滑面，外圈的侧壁设有一个贯通的螺孔及与其适配的螺丝；所述的内柱体的侧壁上设有一个与所述螺丝适配的卡槽，能够将内柱体与外圈固定。

上述的TSV电镀铜退火效果的检测方法，其中，所述的外圈为圆形或方形。

上述的TSV电镀铜退火效果的检测方法，其中，所述的外圈为圆形时，与其适配的内柱体为圆柱，在该圆柱的一个端面上沿中线将其一侧的半圆面切削成与另一侧的半圆面成0-10°角的倾斜面。

上述的TSV电镀铜退火效果的检测方法，其中，所述的内柱体在研磨时，包含以下步骤：

步骤1.1，将内柱体加热，在内柱体的一个端面上涂上热熔胶，将需要分析的TSV芯片黏在涂有热熔胶的位置；需要倾斜研磨时，将成角度的圆柱端面向上，并将热熔胶涂在没有倾斜角度的半圆面上，将TSV芯片有孔的位置紧靠两个成角度的半圆面之间的中线处；

步骤1.2，取下粘有TSV芯片的圆柱放在冷水中冷却，将内柱体的卡槽位置对准外圈的螺丝，圆柱带有TSV芯片的一端与带有轮齿的外圈端面方向一致，并保持内柱体没有倾斜角度的半圆面与外圈轮齿顶端在同一平面，通过拧紧螺丝使得外圈和内柱体固定；不用完全固定死，使得内柱体可以轻微移动。