CN109297627B

CN109297627B - Tsv成品界面残余应力测试方法及界面梁结构试样制作方法

Info

Publication number: CN109297627B
Application number: CN201811250428.6A
Authority: CN
Inventors: 陈思; 王之哲; 周斌; 付兴; 陈媛; 黄云; 恩云飞
Original assignee: China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute
Current assignee: China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: CN109297627A

Abstract

本申请涉及一种TSV成品界面残余应力测试方法及界面梁结构试样制作方法。TSV成品界面残余应力测试方法包括：获取悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量；悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到；获取在悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、悬臂梁结构试样的第二翘曲量；根据悬臂梁结构试样的长度、第一翘曲量、第二翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力，从而本申请TSV成品界面残余应力测试方法通过在取自TSV成品的悬臂梁结构试样上去除不同尺寸的材料层后所产生对应的翘曲量，来实现准确测量界面梁结构试样不同位置的残余应力，准确地测量TSV成品的不同位置的残余应力，进而为改进TSV成品的TSV工艺，提高良率和可靠性提供良好支持。

Description

TSV成品界面残余应力测试方法及界面梁结构试样制作方法

技术领域

本申请涉及硅通孔技术领域，特别是涉及一种TSV成品界面残余应力测试方法及界面梁结构试样制作方法。

背景技术

TSV(Through SiliconVia，硅通孔)技术是通过制作穿透芯片或晶圆的垂直电学连接通道，实现芯片或晶圆之间的垂直互连，并起到信号导通、传热和机械支撑等作用的技术。TSV成品具有电性能佳、功耗低、互连密度高、尺寸小、重量轻等优势，使得TSV技术得到广泛的应用。但是，TSV技术的制作工艺复杂，制作工艺中的薄弱环节给后续封装的TSV成品的可靠性埋下隐患，导致成品的良率较低，制作成本较高。

其中，残余应力导致的TSV界面失效是TSV成品良率低和可靠性差的主要根源，然而，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术无法准确地测试出TSV成品中TSV界面上微米尺度甚至纳米尺度上的残余应力，从而无法为改进TSV工艺、提高良率和可靠性提供良好支持。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种TSV成品界面残余应力测试方法、系统及界面梁结构试样制作方法。

一种TSV成品界面残余应力测试方法，包括：

获取悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量；悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到；

获取在悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、悬臂梁结构试样的第二翘曲量；

根据悬臂梁结构试样的长度、第一翘曲量、第二翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力。

在其中一个实施例中，根据悬臂梁结构试样的长度、第一翘曲量、第二翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力的步骤后，还包括：

根据各材料层的预设尺寸和对应的残余应力，建立界面梁结构试样的残余应力分布图。

在其中一个实施例中，预设尺寸包括材料层长度及材料层厚度；

根据悬臂梁结构试样的长度、第一翘曲量、第二翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力的步骤中包括：

根据悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量，得到悬臂梁结构试样的初始翘曲曲率；

根据初始翘曲曲率、第二翘曲量、材料层长度和悬臂梁结构试样的长度，得到悬臂梁结构试样的翘曲曲率；

根据翘曲曲率、材料层厚度和第二翘曲量，得到悬臂梁结构试样的应变量；

根据应变量和材料层的双轴弹性模量，得到残余应力。

一种界面梁结构试样制作方法，包括以下步骤：

从TSV-Cu/Si成品上，取得条形TSV-Cu/Si界面试样；

去除条形TSV-Cu/Si界面试样上的Si基体，得到界面梁结构试样。

在其中一个实施例中，从TSV-Cu/Si成品上，取得条形TSV-Cu/Si界面试样的步骤中：

采用原子束材料移除法从TSV-Cu/Si成品上，取得条形TSV-Cu/Si界面试样；

去除，TSV-Cu/Si界面试样上的Si基体，得到界面梁结构试样的步骤中：

采用原子束材料移除法去除条形TSV-Cu/Si界面试样上的Si基体，得到界面梁结构试样。

一种TSV成品界面残余应力测试装置，包括：

长度数取模块，用于获取悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量；悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到；

翘曲量获取模块，用于获取在悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、悬臂梁结构试样的第二翘曲量；

残余应力获取模块，用于根据悬臂梁结构试样的长度、第一翘曲量、第二翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力。

一种TSV成品界面残余应力测试系统，包括计算机设备；计算机设备用于实现以下步骤：

在其中一个实施例中，还包括聚焦离子束系统；聚焦离子束系统连接计算机设备；

聚焦离子束系统用于制作悬臂梁结构试样和界面梁结构试样。

在其中一个实施例中，还包括扫描电子显微镜；扫描电子显微镜连接计算机设备；

扫描电子显微镜用于测量悬臂梁结构试样的第一翘曲量、第二翘曲量和长度。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

通过获取悬臂梁结构试样的长度；悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到；获取在悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、臂梁结构试样的翘曲量；根据悬臂梁结构试样的长度、翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力，从而本申请TSV成品界面残余应力测试方法通过在取自TSV成品的悬臂梁结构试样上去除不同尺寸的材料层后所产生对应的翘曲量，来实现准确测量界面梁结构试样不同位置的残余应力，准确地测量TSV成品的不同位置的残余应力，进而为改进TSV成品的TSV工艺，提高良率和可靠性提供良好支持。

附图说明

图1为一个实施例中TSV成品界面残余应力测试方法的流程示意图；

图2为一个实施例中界面梁结构试样制作方法的流程示意图；

图3为一个实施例中获取残余应力的流程示意图；

图4为一个实施例中获取残余应力分布图的流程示意图；

图5为一个实施例中TSV成品界面残余应力测试装置的第一结构框图；

图6为一个实施例中TSV成品界面残余应力测试装置的第二结构框图；

图7为一个实施例中残余应力获取模块的结构框图；

图8为一个实施例中TSV成品界面残余应力测试系统的结构示意图；

图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请TSV成品界面残余应力测试方法、系统及界面梁结构试样制作方法的一个具体的应用场景中：

传统技术提出采用X-Ray(X射线)散射测量TSV成品内部的应力分布，然后采用有限元计算或理论分析技术反推TSV成品的界面的应力分布。然而其存在以下缺陷：由于X射线的穿透深度较小，只能测量材料表面的残余应力，无法测量材料内部的残余应力以及应力梯度。

又如，传统技术提出采用曲率法计算得到TSV成品的界面沿厚度方向上平均的残余应力。例如，在硅基体上电镀10微米～30微米厚的Cu(铜)膜，Cu膜上沉积50纳米到100纳米的Ta防扩散阻挡层，以保证试样中Cu的行为与TSV-Cu/Si成品中的Cu一致。试样一开始为平直形状，Si(硅)基体厚度为t，Cu膜厚度为d。对试样施加400℃(摄氏度)的退火处理，试样发生弯曲，采用台阶仪可测出试样的曲率R，利用曲率法，即Stoney公式可测出Cu膜中的应力：

其中，E表示Si基体的弹性模量；v表示Si基体的泊松比。根据测得的应力可以绘出温度与应力之间的关系曲线。

然而其存在以下缺陷：曲率法的测量对象是近似于TSV成品的界面结构的薄膜试样。但是，由于退火载荷下残余应力结构产生的机理与结构具有直接联系，因此该薄膜试样的测试结果不能准确地代表实际的TSV成品的界面的残余应力。

再如，传统技术提出通过压出试验判断界面的结合强度及薄弱位置，具体的，把TSV试样放在中间带孔的试样载台上，将TSV试样的填铜部分与载台孔对中，用特制钨压头对填铜部分施压。将压头与高精度微力试验机加载装置连接，压力施加时不断测量压力的变化过程。在压头作用下，填铜部分与Si基体界面间产生切应力，在位移很小情况下，界面平均切应力为：

其中，F表示压头压力，r表示填铜部分的半径，t表示试样厚度。

上述方式存在以下缺陷：纳米压痕试验能够获得在简单剪切作用下界面破坏的试验数据，但，TSV成品的失效位置与界面应力分布密切相关，而由于加载条件的不同，压出试验过程中界面上的应力分布与实际工艺和服役温度载荷下的应力分布差异显著，因此，压出试验无法准确地测试出TSV成品的界面的残余应力。

为了解决传统技术无法准确地测试出TSV成品中TSV界面上微米尺度甚至纳米尺度上的残余应力，从而无法为改进TSV工艺、提高良率和可靠性提供良好支持的问题，在一个实施例中，如图1所示，提供了一种TSV成品界面残余应力测试方法，包括以下步骤：

步骤S110，获取悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量；悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到。

其中，界面梁结构试样为从TSV成品上取得的。TSV成品为利用TSV技术将铜、钨或者多晶硅等导电物质填充入硅通孔，使得TSV成品的界面具有多层材料的结构特征，从而实现硅片垂直电气连接，进而实现垂直堆叠的硅片之间的信号导通、传热和机械支撑的功能。在一个示例中，TSV成品为TSV-Cu/Si成品，即在硅片中填充Cu。在TSV-Cu/Si成品中，沿通孔的半径方向，TSV-Cu/Si成品的材料层依次为TSV-Cu、Cu种子层、阻挡层(钨化钛、钛或钽)、绝缘层(SiO₂，二氧化硅)和Si基体，以上材料层构成了TSV-Cu/Si成品的界面。

需要说明的是，TSV成品的界面的残余应力主要是在电镀填充导电物质和随后的退火工艺中引入的，在电镀填充导电物质的工艺中，导电物质晶粒在生长过程中的微结构演化会在TSV成品的界面处产生应力，该应力在电镀完成后即存在，电镀残余应力与电镀工艺参数有关。在退火工艺中，退火温度一般高达400℃(摄氏度)，TSV成品发生塑性变形，TSV成品退火后，由于TSV成品的界面在横向受到Si的约束，也会在TSV成品的界面形成残余应力。退火残余应力与电镀残余应力相互作用，对TSV成品的界面中的应力分布影响较大。

在一个实施例中，如图所示，提供了一种界面梁结构试样制作方法，包括以下步骤：

步骤S210，从TSV成品上，取得条形TSV界面试样。

其中，TSV成品切割取得条形TSV界面试样。条形TSV界面试样包括TSV成品的各个材料层，例如，TSV成品为TSV-Cu/Si成品时，条形TSV界面试样包括TSV-Cu、Cu种子层、阻挡层、绝缘层和Si基体。在一个具体的实施例中，从TSV-Cu/Si成品上，取得条形TSV-Cu/Si界面试样的步骤中：采用原子束材料移除法从TSV-Cu/Si成品上，取得条形TSV-Cu/Si界面试样。需要说明的是，原子束材料移除法是一种高精度的切割方法，使得采用本申请界面梁结构试样制作方法获取的试样精度高，有利于提高测试TSV成品的残余应力。

步骤S220，去除条形TSV-Cu/Si界面试样上的Si基体，得到界面梁结构试样。

其中，步骤S210获取的条形TSV界面试样，外围包裹着Si层，外围的Si层受电镀残余应力和退火残余应力的影响很小，因此在测试TSV成品的界面的残余应力时将其去除。在一个具体的实施中，去除条形TSV-Cu/Si界面试样上的Si基体；得到界面梁结构试样的步骤中：采用原子束材料移除法去除条形TSV-Cu/Si界面试样上的Si基体，得到界面梁结构试样。

将采用上述步骤获取到的界面梁结构试样两端夹持在样品夹上，然后在界面梁结构试样一侧截断界面梁结构试样得到悬臂梁结构试样。界面梁结构试样截断得到悬臂梁结构试样过程中，界面梁结构试样内的应力释放，悬臂梁结构试样会产生应变。测量悬臂梁结构试样的长度和产生的第一翘曲量。

步骤S120，获取在悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、臂梁结构试样的第二翘曲量；

其中，悬臂梁结构试样一端是固定在样品夹上，悬臂梁结构试样的固定端为被样品夹夹持的一端，在固定端去除预设尺寸的材料层后，材料层内的残余应力释放，悬臂梁结构试样进一步产生形变，测量悬臂梁结构试样产生的第二翘曲量。进一步的，可在相同的位置，依次逐层去除预设尺寸的材料层，可以依次测量各层材料层对应的翘曲量，因此，可基于各层材料层对应的翘曲量得到各层材料层对应的残余应力。

在一个示例中，预设尺寸的材料层为与悬臂梁结构试样同宽的长条形材料层。需要说明的是，预设尺寸可根据实际对测试残余应力精度要求而定，预设尺寸越小，测试精度越高。

步骤S130，根据所述悬臂梁结构试样的长度、所述第一翘曲量、所述第二翘曲量和所述预设尺寸，得到对应所述材料层的残余应力。

在一个具体的实施例中，预设尺寸包括材料层长度及材料层厚度；

如图3所示，根据悬臂梁结构试样的长度、第一翘曲量、第二翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力的步骤中包括：

步骤S310，根据悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量，得到悬臂梁结构试样的初始翘曲曲率。

进一步的，基于以下公式获取初始翘曲曲率：

其中，κ₀表示初始翘曲曲率；L表示悬臂梁结构试样的长度；d表示第一翘曲量。

步骤S320，根据初始翘曲曲率、第二翘曲量、材料层长度和悬臂梁结构试样的长度，得到悬臂梁结构试样的翘曲曲率。

进一步的，基于以下公式获取翘曲曲率：

其中，d_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的第二翘曲量；κ_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的翘曲曲率；x表示材料层长度。

步骤S330，根据翘曲曲率、材料层厚度和第二翘曲量，得到悬臂梁结构试样的应变量。

进一步的，基于以下公式获取应变量：

ε_i＝κ_iz+d_i

其中，ε_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的应变量；z表示与第i层预设尺寸的材料层对应的材料层厚度。

步骤S340，根据应变量和材料层的双轴弹性模量，得到残余应力。

进一步的，基于以下公式获取残余应力：

σ_i＝ε_iE_i

其中，σ_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的残余应力；E_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的双轴弹性模量。

需要说明的是，

其中，

表示与第i层预设尺寸的材料层对应的退火残余应力；

表示与第i层预设尺寸的材料层对应的电镀残余应力；

表示第i层预设尺寸的材料层对应的退火应变；

表示第i层预设尺寸的材料层对应的电镀应变。

本申请TSV成品界面残余应力测试方法的各实施例中，通过获取悬臂梁结构试样的长度；悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到；获取在悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、臂梁结构试样的翘曲量；根据悬臂梁结构试样的长度、翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力，从而本申请TSV成品界面残余应力测试方法通过在取自TSV成品的悬臂梁结构试样上去除不同尺寸的材料层后所产生对应的翘曲量，来实现准确测量界面梁结构试样不同位置的残余应力，准确地测量TSV成品的不同位置的残余应力，进而为改进TSV成品的TSV工艺，提高良率和可靠性提供良好支持，也为复杂3D堆叠产品设计提供有效的应力管理指导，提高3D封装的可靠性。

在一个实施例中，如图4所示，一种TSV成品界面残余应力测试方法，包括以下步骤：

步骤S410，获取悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量；悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到；

步骤S420，获取在悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、悬臂梁结构试样的第二翘曲量；

步骤S430，根据悬臂梁结构试样的长度、第一翘曲量、第二翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力；

步骤S440，根据各材料层的预设尺寸和对应的残余应力，建立界面梁结构试样的残余应力分布图。

其中，步骤S410至步骤S430与上述实施例中步骤S110至步骤S130相同，此处不再赘述。

将步骤S410至步骤S430获取到各层材料层对应的残余应力以及材料层的尺寸，绘制出界面梁结构试样的残余应力分布图。在一个示例中，预先建立与界面梁结构试样1：1的三维模型，将测试到残余应力标注在相应的位置上，而建立残余应力分布图。

本申请TSV成品界面残余应力测试方法的各实施例中，利用采集到各层材料层的残余应力，建立界面梁结构试样的残余应力分布图，进而也建立了TSV成品的界面的残余应力分布图，使得用户能够更加直观地查看TSV成品的界面的残余应力的分布情况，便于总结分析TSV成品的残余应力，而且，本申请可方便地控制残余应力测试精度和空间分辨率。

应该理解的是，虽然图1-4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-4中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种TSV成品界面残余应力测试装置，包括：

长度数取模块510，用于获取悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量；悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到；

翘曲量获取模块520，用于获取在悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、悬臂梁结构试样的第二翘曲量；

残余应力获取模块530，用于根据悬臂梁结构试样的长度、第一翘曲量、第二翘曲量和预设尺寸，得到对应材料层的残余应力。

在一个实施例中，如图6所示，TSV成品界面残余应力测试装置还包括：

残余应力分布图建立模块610，用于根据各所述材料层的所述预设尺寸和对应的所述残余应力，建立所述界面梁结构试样的残余应力分布图。

在一个实施例中，如图7所示，TSV成品界面残余应力测试装置残余应力获取模块530包括：

初始翘曲曲率获取单元710，用于根据悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量，得到悬臂梁结构试样的初始翘曲曲率；

翘曲曲率获取单元720，用于根据初始翘曲曲率、第二翘曲量、材料层长度和悬臂梁结构试样的长度，得到悬臂梁结构试样的翘曲曲率；

应变量获取单元730，用于根据翘曲曲率、材料层厚度和第二翘曲量，得到悬臂梁结构试样的应变量；

残余应获取单元740，用于根据应变量和材料层的双轴弹性模量，得到残余应力。

关于TSV成品界面残余应力测试装置的具体限定可以参见上文中对于TSV成品界面残余应力测试方法的限定，在此不再赘述。上述TSV成品界面残余应力测试装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，如图8所示，提供了一种TSV成品界面残余应力测试系统，包括计算机设备810。

进一步的，还包括聚焦离子束系统820；聚焦离子束系统820连接计算机设备810；

聚焦离子束系统820用于制作悬臂梁结构试样和界面梁结构试样。

进一步的，还包括扫描电子显微镜830；扫描电子显微镜830连接计算机设备810；

扫描电子显微镜830用于测量悬臂梁结构试样的翘曲量和悬臂梁结构试样的长度。

其中，在一个示例中，计算机设备的内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储悬臂梁结构试样的长度、第一翘曲量、第二翘曲量、预设尺寸以及残余应力等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部设备连接。该计算机程序被处理器执行时以实现一种TSV成品界面残余应力测试方法。

本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，计算机设备用于实现以下步骤：

在一个实施例中，计算机设备还用于实现以下步骤：

根据应变量和材料层的双轴弹性模量，得到残余应力。

本申请TSV成品界面残余应力测试系统的各实施例中，采用聚焦离子束系统精确制作试样，利用扫描电子显微镜测量所需的数据，提高了测试TSV成品的残余应力的精确性，为本申请TSV成品界面残余应力测试方法精确地得到残余应力提供了有力的支持。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

根据应变量和材料层的双轴弹性模量，得到残余应力。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种TSV成品界面残余应力测试方法，其特征在于，包括：

获取悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量；所述悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到，所述界面梁结构试样为从TSV成品上取得；

获取在所述悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、所述悬臂梁结构试样的第二翘曲量；所述预设尺寸包括材料层长度及材料层厚度；

根据所述悬臂梁结构试样的长度和所述第一翘曲量，得到所述悬臂梁结构试样的初始翘曲曲率；基于以下公式获取所述初始翘曲曲率：

其中，κ₀表示初始翘曲曲率；L表示悬臂梁结构试样的长度；d表示第一翘曲量；

根据所述初始翘曲曲率、所述第二翘曲量、所述材料层长度和所述悬臂梁结构试样的长度，得到所述悬臂梁结构试样的翘曲曲率；基于以下公式获取翘曲曲率：

其中，d_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的第二翘曲量；κ_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的翘曲曲率；x表示材料层长度；i表示材料层的层数；

根据所述翘曲曲率、所述材料层厚度和所述第二翘曲量，得到所述悬臂梁结构试样的应变量；基于以下公式获取应变量：

ε_i＝κ_iz+d_i

其中，ε_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的应变量；z表示与第i层预设尺寸的材料层对应的材料层厚度；

根据所述应变量和所述材料层的双轴弹性模量，得到所述残余应力；基于以下公式获取残余应力：

σ_i＝ε_iE_i

其中，σ_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的残余应力；E_i表示与第i层预设尺寸的材料层对应的双轴弹性模量；

其中，

表示与第i层预设尺寸的材料层对应的退火残余应力；

表示与第i层预设尺寸的材料层对应的电镀残余应力；

表示第i层预设尺寸的材料层对应的退火应变；

表示第i层预设尺寸的材料层对应的电镀应变。

2.根据权利要求1所述的TSV成品界面残余应力测试方法，其特征在于，根据所述悬臂梁结构试样的长度、所述第一翘曲量、所述第二翘曲量和所述预设尺寸，得到对应所述材料层的残余应力的步骤后，还包括：

根据各所述材料层的所述预设尺寸和对应的所述残余应力，建立所述界面梁结构试样的残余应力分布图。

3.根据权利要求1或2所述的TSV成品界面残余应力测试方法，其特征在于，所述TSV成品包括TSV-Cu/Si成品。

4.根据权利要求1所述的TSV成品界面残余应力测试方法，其特征在于，所述界面梁结构试样的制作方法包括：

从TSV成品上，取得条形TSV界面试样；

去除所述条形TSV界面试样上的Si基体，得到所述界面梁结构试样。

5.根据权利要求4所述的TSV成品界面残余应力测试方法，其特征在于，从TSV成品上，取得条形TSV界面试样的步骤中：

采用原子束材料移除法从所述TSV成品上，取得所述条形TSV界面试样；

去除所述条形TSV界面试样上的Si基体，得到所述界面梁结构试样的步骤中：

采用原子束材料移除法去除所述条形TSV界面试样上的所述Si基体，得到所述界面梁结构试样。

6.一种TSV成品界面残余应力测试装置，其特征在于，包括：

长度数取模块，用于获取悬臂梁结构试样的长度和第一翘曲量；所述悬臂梁结构试样为截断界面梁结构试样得到，所述界面梁结构试样从TSV成品上取得；

翘曲量获取模块，用于获取在所述悬臂梁结构试样的固定端上去除预设尺寸的材料层时、所述悬臂梁结构试样的第二翘曲量；所述预设尺寸包括材料层长度及材料层厚度；

残余应力获取模块，用于根据所述悬臂梁结构试样的长度和所述第一翘曲量，得到所述悬臂梁结构试样的初始翘曲曲率；基于以下公式获取所述初始翘曲曲率：

ε_i＝κ_iz+d_i

σ_i＝ε_iE_i

其中，

表示与第i层预设尺寸的材料层对应的退火残余应力；

表示与第i层预设尺寸的材料层对应的电镀残余应力；

表示第i层预设尺寸的材料层对应的退火应变；

表示第i层预设尺寸的材料层对应的电镀应变。

7.一种TSV成品界面残余应力测试系统，其特征在于，包括计算机设备；所述计算机设备用于实现权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。

8.根据权利要求7所述的TSV成品界面残余应力测试系统，其特征在于，还包括聚焦离子束系统；所述聚焦离子束系统连接所述计算机设备；

所述聚焦离子束系统用于制作所述悬臂梁结构试样和所述界面梁结构试样。

9.根据权利要求8所述的TSV成品界面残余应力测试系统，其特征在于，还包括扫描电子显微镜；所述扫描电子显微镜连接所述计算机设备；

所述扫描电子显微镜用于测量所述悬臂梁结构试样的第一翘曲量、第二翘曲量和长度。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。