CN213633127U - 半导体芯片膜层间结合力测试工具组件及测试系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，包括：第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部具有第一夹持面，所述第二夹持部具有第二夹持面，所述第一夹持面和所述第二夹持面分别用于贴附待测半导体芯片的与膜层间结合界面相平行的两个彼此相对的表面；第一主体部和第二主体部，分别与所述第一夹持部和第二夹持部连接，并配置为向所述第一夹持部和第二夹持部传导一对指向相反的作用力，所述作用力的方向平行于所述第一夹持面和所述第二夹持面。此外，本申请实施例还公开了一种测试系统。

Description

半导体芯片膜层间结合力测试工具组件及测试系统

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体芯片膜层间结合力测试工具组件以及一种测试系统。

背景技术

三维芯片(3D-IC)在晶圆生产、封装和使用过程中会遇到复杂的应力状态，如残余应力、热加工产生的热应力、化学机械抛光(CMP)过程中的剪切力、划片工艺对边缘冲击力、硅基底减薄过程中的弯曲应力等。这些潜在的失效场景都要求芯片中各膜层之间具有优良的结合力，因此有必要对晶圆的键合界面结合强度进行评估，这对工艺制程和最终产品稳定工作有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种半导体芯片膜层间结合力测试工具组件以及一种测试系统。

为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供了一种半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，包括：

第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部具有第一夹持面，所述第二夹持部具有第二夹持面，所述第一夹持面和所述第二夹持面分别用于贴附待测半导体芯片的与膜层间结合界面相平行的两个彼此相对的表面；

第一主体部和第二主体部，分别与所述第一夹持部和第二夹持部连接，并配置为向所述第一夹持部和第二夹持部传导一对指向相反的作用力，所述作用力的方向平行于所述第一夹持面和所述第二夹持面。

上述方案中，所述第一主体部与所述第一夹持部可拆卸连接，和/或所述第二主体部与所述第二夹持部可拆卸连接。

上述方案中，还包括：第一连接杆和/或第二连接杆；

所述第一连接杆贯穿所述第一主体部与所述第一夹持部以实现所述第一主体部与所述第一夹持部的可拆卸连接；

所述第二连接杆贯穿所述第二主体部与所述第二夹持部以实现所述第二主体部与所述第二夹持部的可拆卸连接。

上述方案中，所述第一夹持部的与所述第一主体部连接的一端具有第一钩形结构，所述第一夹持部通过所述第一钩形结构与所述第一主体部可拆卸连接；和/或，

所述第二夹持部的与所述第二主体部连接的一端具有第二钩形结构，所述第二夹持部通过所述第二钩形结构与所述第二主体部可拆卸连接。

上述方案中，还包括：第一连接杆和/或第二连接杆；

所述第一连接杆贯穿所述第一主体部，所述第一夹持部通过所述第一钩形结构钩置于所述第一连接杆上以实现所述第一主体部与所述第一夹持部的可拆卸连接；

所述第二连接杆贯穿所述第二主体部，所述第二夹持部通过所述第二钩形结构钩置于所述第二连接杆上以实现所述第二主体部与所述第二夹持部的可拆卸连接。

上述方案中，所述第一连接杆和/或所述第二连接杆包括螺纹杆；

在所述第一连接杆上还包括第一螺母和第二螺母，所述第一夹持部在测试所述膜层间结合力期间设置在所述第一螺母和所述第二螺母之间；所述第一螺母和所述第二螺母通过在所述第一连接杆上旋转以调节所述第一夹持部与所述第一主体部的相对位置，并通过沿彼此靠近的方向旋转以夹持所述第一夹持部而将所述第一夹持部固定连接在所述第一主体部上；和/或，

在所述第二连接杆上还包括第三螺母和第四螺母，所述第二夹持部在测试所述膜层间结合力期间设置在所述第三螺母和所述第四螺母之间；所述第三螺母和所述第四螺母通过在所述第二连接杆上旋转以调节所述第二夹持部与所述第二主体部的相对位置，并通过沿彼此靠近的方向旋转以夹持所述第二夹持部而将所述第二夹持部固定连接在所述第二主体部上。

上述方案中，所述第一夹持部至少在所述第一夹持面的位置处为不锈钢材料，和/或所述第二夹持部至少在所述第二夹持面的位置处为不锈钢材料。

上述方案中，所述第一主体部和所述第二主体部分别具有第一装配部和第二装配部，所述第一装配部和所述第二装配部与一力学试验机的相应装配结构相匹配，用以将所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件装配在所述力学试验机上。

本申请实施例还提供了一种测试系统，包括：如上述方案中任意一项所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，以及装配所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件的力学试验设备。

上述方案中，所述力学试验设备具有彼此相对的第一端和第二端；所述第一主体部与所述第一端固定连接；所述力学试验设备在所述第二端具有施力机构，所述第二主体部与所述施力机构连接；所述施力机构配置为向所述第二主体部施加远离所述第一主体部的力，以通过第一主体部和所述第二主体部向所述第一夹持部和第二夹持部传导所述一对指向相反的作用力。

本申请实施例所提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件及测试系统，包括：第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部具有第一夹持面，所述第二夹持部具有第二夹持面，所述第一夹持面和所述第二夹持面分别用于贴附待测半导体芯片的与膜层间结合界面相平行的两个彼此相对的表面；第一主体部和第二主体部，分别与所述第一夹持部和第二夹持部连接，并配置为向所述第一夹持部和第二夹持部传导一对指向相反的作用力，所述作用力的方向平行于所述第一夹持面和所述第二夹持面。如此，可实现Ⅱ型和Ⅲ型剪切力作用下半导体芯片膜层间结合强度的定量测试，所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件可装配于现有的力学试验设备中，制造成本较低。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

图1a和1b分别为本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件的主视图和侧视图；

图2为本申请一实施例中第一夹持部和第二夹持部的结构示意图；

图3为本申请另一实施例中第一夹持部和第二夹持部的结构示意图；

图4为本申请另一实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件的主视图；

图5a和5b分别为采用本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件执行Ⅱ型剪切实验的主视图和侧视图；

图6a和6b分别为采用本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件执行Ⅱ型剪切实验后待测半导体芯片产生滑开型裂纹的主视图和侧视图；

图7a和7b分别为采用本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件执行Ⅲ型剪切实验的主视图和侧视图；

图8a和8b分别为采用本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件执行Ⅲ型剪切实验后待测半导体芯片产生撕开型裂纹的主视图和侧视图；

图9为本申请实施例提供的测试系统的结构示意图；

图10a-10d为待检测试样的制备过程的主要工艺截面示意图。

附图标记说明：

11-第一夹持部；12-第二夹持部；

111-第一夹持面；122-第二夹持面；

118-第一通孔；128-第二通孔；

119-第一钩形结构；129-第二钩形结构；

31-第一主体部；32-第二主体部；

51-第一连接杆；52-第二连接杆；

510-第一头部；520-第二头部；

511-第一螺母；512-第二螺母；513-第五螺母；521-第三螺母；522-第四螺母；523-第六螺母；

71-第一装配部；72-第二装配部；

100-半导体芯片膜层间结合力测试工具组件；

200-待检测试样；2001-第一待测半导体芯片；2002-第二待测半导体芯片；

210-衬底；2101-子衬底；

211、212-膜层；2111、2121-子膜层；

220-保持基底；2201-子保持基底；

230-粘附层；2301-子粘附层；

300-力学试验设备；

301-第一端；302-第二端；

310-施力机构。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

在断裂力学领域，裂纹断裂是完整材料中的位移不连续性，根据裂纹尖端周围的位移可以分三种不同的断裂模式：Ⅰ型——张开型裂纹、Ⅱ型——滑开型裂纹、Ⅲ型——撕开型裂纹。

目前，半导体芯片的膜层间结合力鉴定方法主要包括双悬臂梁实验(DCB)和四点弯曲(4PB)等方法。其中，DCB方法仅可测试I型正向力下膜的结合能；而4PB方法测试时力学状态比较复杂，为I型正拉和Ⅱ型剪切混合型；界面的强度与应力状态密切相关，应力状态不同，界面的结合强度也会不同。除此之外，目前实验室尚无定量测试剪切力下结合力的方法。

基于此，本申请实施例提供了一种半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，可实现Ⅱ型和Ⅲ型剪切力作用下半导体芯片膜层间结合强度的定量测试。

具体请参见图1a和1b，如图所示，本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，包括：

第一夹持部11和第二夹持部12，所述第一夹持部11具有第一夹持面111，所述第二夹持部12具有第二夹持面122，所述第一夹持面111和所述第二夹持面122分别用于贴附待测半导体芯片的与膜层间结合界面相平行的两个彼此相对的表面。

这里，所述第一夹持部11和所述第二夹持部12的材料、形状以及尺寸可以完全相同。在一些实施例中，所述第一夹持部11和所述第二夹持部12也可以具有彼此对称的形状。

所述第一夹持部11和所述第二夹持部12整体上例如为片状，如此，二者也可以分别被称为第一夹持片和第二夹持片；且由片状的一面提供与待测半导体芯片相贴附的夹持面。

所述第一夹持面111和所述第二夹持面122可以为经过一定程度抛光的表面。

所述第一夹持部11至少在所述第一夹持面111的位置处为不锈钢材料，和/或所述第二夹持部12至少在所述第二夹持面122的位置处为不锈钢材料。在实际应用中，所述第一夹持部11和所述第二夹持部12可以均为不锈钢材料。

如图1a、7a及8a所示，在测试期间，所述第一夹持面111和所述第二夹持面122彼此相对。所述第一夹持面111和所述第二夹持面122之间的距离(即沿垂直所述第一夹持面和所述第二夹持面方向上的距离)可以根据待测半导体芯片的厚度进行调节。所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间沿所述一对指向相反的作用力的方向上的相对移动距离可以由力学试验设备内部的尺寸决定。应当理解，在没有贴附待测半导体芯片的情况下，所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间是分离的；在贴附待测半导体芯片的情况下，所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间在垂直于所述第一夹持面111/所述第二夹持面122的方向可以具有重叠区域，所述待测半导体芯片贴附在所述重叠区域处，具体如图5b和图7b所示；在执行Ⅱ型剪切实验的过程中，所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间还可以具有重叠区域，但所述重叠区域在执行Ⅱ型剪切实验的过程中逐渐减小，具体如图6b所示；在执行Ⅲ型剪切实验的过程中，所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间还可以逐渐沿平行于所述第一夹持面111/所述第二夹持面122的方向分离，并最终相距一定距离，具体如图8b所示。

在一些实施例中，所述待测半导体芯片例如为3D NAND存储器芯片(即三维与非型存储器芯片)；如此，本申请实施例提供的所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件具体为一种定量测试3D NAND芯片抵抗纯剪切失效的实验装置的至少一部分。在其他一些实施例中，所述待测半导体芯片可以为任意一内部具有膜层间结合界面的芯片。这里，膜层间结合界面可以为晶圆键合界面；所述结合力也可以称为键合力，是膜层之间通过离子键、共价键、范德瓦耳斯键和金属键形成的相互作用力；任何薄膜要发挥功能的前提是附着强度的高低，附着强度不高的薄膜，在使用过程中将会面临失效风险，因此膜层结合力强度是薄膜性能的重要指标。

可以理解地，在实际应用中，贴附在所述第一夹持面111和所述第二夹持面122之间的待测半导体芯片可以具体为通过从一半导体芯片中选取的至少一部分制备而成的待检测试样，即所述待测半导体芯片可以包括一半导体芯片的至少一部分结构；从而，使用本申请实施例提供的所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件测试所述待检测试样，以获得所述半导体芯片上对应位置处的膜层间结合力情况。

作为一种可行的实施方式，所述待检测试样的制备过程可以参考图10a-10d。

首先，请参考图10a，提供一半导体芯片，所述半导体芯片包括衬底210以及沿垂直于所述衬底210的方向依次叠置的多个膜层(例如包括图中示出的膜层211和212)。

这里，所述衬底210的材质可以包括至少一个单质半导体材料(例如为硅(Si)衬底、锗(Ge)衬底)、至少一个III-V化合物半导体材料、至少一个II-VI化合物半导体材料、至少一个有机半导体材料或者在本领域已知的其他半导体材料。所述多个膜层中至少之一可以为半导体材料层，当然，也可以为介质层等其他材料层。所述膜层间结合界面，即所述键合界面可以为所述衬底与各所述膜层中任意相邻的两者之间的界面。

接下来，请参考图10b，将所述半导体芯片与一保持基底220连接，形成连接结构；在所述连接结构中，所述衬底210与所述保持基底220分别位于所述膜层间结合界面的相对两侧。

所述保持基底220例如为硅基底。

将所述半导体芯片与一保持基底220连接，具体例如为通过粘附层230将所述半导体芯片与一保持基底220粘接在一起。如此，以便于后续对所述待检测试样进行转移和固定，也便于后续向膜层间的结合界面处施加测试用的所述作用力。所述粘附层230为特定胶，其材料例如为环氧树脂。

在所述半导体芯片为3D NAND存储器芯片的实施例中，具体将半导体芯片的Array区(阵列区)的一侧与保持基底220粘贴在一起。

接下来，请参考图10c，根据预设尺寸要求，在所述连接结构中获取至少一部分形成待检测试样200。

这里，所述预设尺寸要求具体可以为根据所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件的尺寸(例如第一夹持面和第二夹持面的尺寸)确定的测试过程中的对试样的尺寸要求。

在实际应用中，所述待检测试样200通过沿垂直于所述衬底210的方向切割所述连接结构而形成。沿垂直于所述衬底30的方向切割所述连接结构的具体方法可以是但不限于线切割，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

所述连接结构具体可以被切割成方片状或者长条状；例如，在Ⅱ型剪切实验中，所述连接结构被切割成方片状；在Ⅲ型剪切实验中，所述连接结构被切割成长条状。

另外，切割所述连接结构的过程中，可以获得一个或多个所述待检测试样；所述待检测试样中的至少之一包括切割后的子衬底2101、子膜层2111和2121、子粘附层2301以及子保持基底2201。

接下来，请参考图10d，在所述待检测试样200的上下表面处分别粘接所述第一夹持部11和所述第二夹持部12。

其中，所述待检测试样200的上下表面具体指待测半导体芯片的与膜层间结合界面相平行的两个彼此相对的表面。如此，所述第一夹持部11的所述第一夹持面111和所述第二夹持部12的所述第二夹持面122分别用于贴附待测半导体芯片的与膜层间结合界面相平行的两个彼此相对的表面。

所述待检测试样200与所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间的粘接使用特定胶执行，具体例如为环氧树脂。在实际应用中，利用特定胶将切割后得到的待检测试样200粘接在所述第一夹持部11和所述第二夹持部12的合适位置上，并保证所述待检测试样200四条棱与所述一对指向相反的作用力的方向(拉伸方向)尽量平行。

请继续参考图1a和1b，所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，还包括：第一主体部31和第二主体部32，分别与所述第一夹持部11和第二夹持部12连接，并配置为向所述第一夹持部11和第二夹持部12传导一对指向相反的作用力，所述作用力的方向平行于所述第一夹持面111和所述第二夹持面122。

这里，所述一对指向相反的作用力可以参考图5a和图7a，图中上下两个箭头分别示出了所述一对指向相反的作用力的方向。所述一对指向相反的作用力具体对待测半导体芯片施加的轴向拉力；在测试过程中，所述一对指向相反的作用力逐渐增大，直至所述待测半导体芯片失效。这里，所述待测半导体芯片失效是指，所述半导体芯片的膜层间发生分离，具体例如发生滑开型裂纹或撕开型裂纹。

所述第一主体部31与所述第一夹持部11可拆卸连接，和/或所述第二主体部32与所述第二夹持部12可拆卸连接。可以理解地，所述第一主体部31与所述第一夹持部11、所述第二主体部32与所述第二夹持部12中至少之一为可拆卸连接，以便将如图10d所示的制备的待检测试样与所述第一夹持部11和所述第二夹持部12一起安装在所述第一主体部31和所述第二主体部32上。

在一具体实施例中，所述第一主体部31与所述第一夹持部11可拆卸连接，并且所述第二主体部32与所述第二夹持部12可拆卸连接。

作为一种可选的实施方式，请参考图1a和1b，所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，还包括：第一连接杆51和/或第二连接杆52。应当理解，图1a和1b示出了既包括第一连接杆51又包括第二连接杆52的情况；在实际应用中，可以根据所述第一主体部31与所述第一夹持部11、所述第二主体部32与所述第二夹持部12中的可拆卸连接的需求，选择包括第一连接杆51或第二连接杆52。其中，

所述第一连接杆51贯穿所述第一主体部31与所述第一夹持部11以实现所述第一主体部31与所述第一夹持部11的可拆卸连接；

所述第二连接杆52贯穿所述第二主体部32与所述第二夹持部12以实现所述第二主体部32与所述第二夹持部12的可拆卸连接。

图2为本申请一实施例中第一夹持部和第二夹持部的结构示意图。如图所示，所述第一夹持部11具有第一通孔118，所述第一通孔118用于供所述第一连接杆51穿过；所述第二夹持部12具有第二通孔128，所述第二通孔128用于供所述第二连接杆52穿过。

这里，所述第一连接杆51和/或所述第二连接杆52具体可以为螺栓，所述螺栓为具有螺纹杆(带有外螺纹的圆柱体)并与螺母配合使用的一类紧固件。在螺纹杆的一端具有头部，通过螺栓贯穿通孔后，所述头部卡止于所述通孔外；在于所述头部相反的另一端放置螺母并旋紧，以实现紧固的作用。

具体参考图1a，所述第一连接杆51包括螺纹杆，在螺纹杆的一端具有第一头部510；在螺纹杆的另一端上还包括第五螺母513，所述第五螺母513和所述螺纹杆配合使用。与之类似的，所述第二连接杆52也可以包括螺纹杆，在螺纹杆的一端具有第二头部520；在螺纹杆的另一端上还包括第六螺母523，所述第六螺母523和所述螺纹杆配合使用。

应当理解，所述第一连接杆51贯穿所述第一主体部31，和/或所述第二连接杆52贯穿所述第二主体部32；相应地，所述第一主体部31上也具有用于供所述第一连接杆51穿过的通孔，和/或所述第二主体部32上也具有用于供所述第二连接杆52穿过的通孔。

图3为本申请另一实施例中第一夹持部和第二夹持部的结构示意图。如图所示，所述第一夹持部11的与所述第一主体部连接的一端具有第一钩形结构119，所述第一夹持部11通过所述第一钩形结构119与所述第一主体部可拆卸连接；和/或，所述第二夹持部12的与所述第二主体部连接的一端具有第二钩形结构129，所述第二夹持部12通过所述第二钩形结构129与所述第二主体部可拆卸连接。如此，在将所述第一夹持部连接到所述第一主体部和/或将所述第二夹持部连接到所述第二主体部时，可以避免拆除螺栓和螺母导致的耗时长的问题，通过钩置的方式可以更加方便地实现各夹持部与各主体部之间的可拆卸连接。

在本实施例中，所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，还包括：第一连接杆51和/或第二连接杆52；所述第一连接杆51贯穿所述第一主体部31，所述第一夹持部11通过所述第一钩形结构119钩置于所述第一连接杆51上以实现所述第一主体部31与所述第一夹持部11的可拆卸连接；所述第二连接杆52贯穿所述第二主体部32，所述第二夹持部12通过所述第二钩形结构129钩置于所述第二连接杆52上以实现所述第二主体部32与所述第二夹持部12的可拆卸连接。

应当理解，所述第一夹持部和所述第二夹持部中可以有一者为一端具有第一钩形结构的夹持部，另一者为具有通孔的夹持部；即，可以二者之一通过钩置的方式与对应的主体部连接，另一通过贯穿的方式与对应的主体部连接。

并且，在本实施例中，所述第一连接杆51可以与所述第一主体部31固定连接，和/或所述第二连接杆52可以与所述第二主体部32固定连接；或者，所述第一连接杆51为所述第一主体部31的一部分，和/或所述第二连接杆52为所述第二主体部32的一部分。如此，本申请另一实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件可以参考图4。所述第一夹持部11通过所述第一钩形结构钩置在所述第一连接杆51上，而实现与所述第一主体部31的可拆卸地连接；和/或，所述第二夹持部12通过所述第二钩形结构钩置在所述第二连接杆52上，而实现与所述第二主体部32的可拆卸地连接。

为了满足不同厚度的半导体芯片的测试需求，在本申请实施例提供的所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件中，所述第一夹持部与所述第一主体部的相对位置，和/或所述第二夹持部与所述第二主体部的相对位置可调。下面，提供一种具体的实现方式。

所述第一连接杆51和/或所述第二连接杆52包括螺纹杆；在所述第一连接杆51上还包括第一螺母511和第二螺母512，所述第一夹持部11在测试所述膜层间结合力期间设置在所述第一螺母511和所述第二螺母512之间；所述第一螺母511和所述第二螺母512通过在所述第一连接杆51上旋转以调节所述第一夹持部11与所述第一主体部31的相对位置，并通过沿彼此靠近的方向旋转以夹持所述第一夹持部11而将所述第一夹持部11固定连接在所述第一主体部31上；和/或，在所述第二连接杆52上还包括第三螺母521和第四螺母522，所述第二夹持部12在测试所述膜层间结合力期间设置在所述第三螺母521和所述第四螺母522之间；所述第三螺母521和所述第四螺母522通过在所述第二连接杆52上旋转以调节所述第二夹持部12与所述第二主体部32的相对位置，并通过沿彼此靠近的方向旋转以夹持所述第二夹持部12而将所述第二夹持部12固定连接在所述第二主体部32上。

如此，实际操作中，可以根据待测半导体芯片厚度，调节各螺母的位置，并最终将所述第一夹持部11固定在所述第一主体部31上，以及将所述第二夹持部12固定连接在所述第二主体部32上；在施加所述一对指向相反的作用力而进行膜层间结合力测试期间，可以避免所述第一夹持部11和所述第二夹持部12发生左右方向上的位移，避免所述第一夹持部11和所述第二夹持部12与所述待测半导体芯片脱离，从而保证测试的成功率。

所述第一主体部31可以具有一凹部，所述第一夹持部11部分容纳在所述凹部内；相应地，所述第二主体部32也可以具有一凹部，所述第二夹持部12部分容纳在所述第二主体部32的所述凹部内。

请继续参考图1a和1b，在一实施例中，所述第一主体部31和所述第二主体部32可以分别具有第一装配部71和第二装配部72，所述第一装配部71和所述第二装配部72与一力学试验机的相应装配结构相匹配，用以将所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件装配在所述力学试验机上。

这里，结合图9示出的测试系统的结构示意图，将半导体芯片膜层间结合力测试工具组件100装配在一力学试验机300上，所述第一装配部71和所述第二装配部72与所述力学试验机的相应装配结构相匹配。

在具体应用中，所述第一装配部71和所述第二装配部72可以分别包括一孔型结构，所述力学试验机的相应装配结构可以包括与之对应的孔型结构，并通过插销贯穿对应的孔型结构，实现所述第一装配部71和所述第二装配部72与所述力学试验机的相应装配结构的匹配安装。这里，所述孔型结构具体为插销孔。

所述第一装配部71可以设置在所述第一主体部31的对称轴上，和/或所述第二装配部72可以设置在所述第二主体部32的对称轴上；所述第一主体部31的所述对称轴和所述第二主体部32的所述对称轴与所述一对指向相反的作用力的方向一致。

可以理解地，所述第一主体部31和所述第二主体部32彼此靠近的一端分别连接所述第一夹持部11和所述第二夹持部12，彼此远离的一端分别连接力学试验机；所述第一主体部31和所述第二主体部32也可以分别称为第一联接体和第二联接体。

下面，结合Ⅱ型剪切实验，对本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件进行进一步说明。

图5a和5b分别为采用本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件执行Ⅱ型剪切实验的主视图和侧视图；图6a和6b分别为采用本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件执行Ⅱ型剪切实验后待测半导体芯片产生滑开型裂纹的主视图和侧视图。如图所示，在执行Ⅱ型剪切实验的过程中，第一待测半导体芯片2001贴附于所述第一夹持部11的所述第一夹持面和所述第二夹持部12所述第二夹持面之间；其中，所述第一待测半导体芯片2001为一具体的待测半导体芯片，并可以采用图10a-10d所示的待检测试样的制备过程制备得到。将所述第一夹持部11、所述第一待测半导体芯片2001和所述第二夹持部12连接到所述第一主体部31和所述第二主体部32之间；如图中箭头方向所示，通过所述第一主体部31和所述第二主体部32向所述第一夹持部11和所述第二夹持部12传导一对指向相反的作用力。

在所述一对指向相反的作用力逐渐增大的情况下，所述第一待测半导体芯片2001产生滑开型裂纹。获取所述第一待测半导体芯片2001产生所述滑开型裂纹的尺寸大小(具体例如为所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间的相对位移大小)，以及发生该滑开型裂纹时作用力的大小；从而实现对所述半导体芯片在Ⅱ型剪切力作用下膜层间结合强度的定量测试。

在实际应用中，记录所述半导体芯片的膜层间发生滑开型裂纹时的剪切力大小，并对失效界面进行界面分析。

接下来，结合Ⅲ型剪切实验，对本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件进行进一步说明。

图7a和7b分别为采用本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件执行Ⅲ型剪切实验的主视图和侧视图；图8a和8b分别为采用本申请实施例提供的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件执行Ⅲ型剪切实验后待测半导体芯片产生撕开型裂纹的主视图和侧视图。如图所示，在执行Ⅲ型剪切实验的过程中，第二待测半导体芯片2002贴附于所述第一夹持部11的所述第一夹持面和所述第二夹持部12所述第二夹持面之间；其中，所述第二待测半导体芯片2002可以为另一具体的待测半导体芯片，并同样可以采用图10a-10d所示的待检测试样的制备过程制备得到。这里，为了执行Ⅲ型剪切实验，将所述第二待测半导体芯片2002的一端置于所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间，所述第二待测半导体芯片2002至少包括从所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间凸出的部分。

将所述第一夹持部11、所述第二待测半导体芯片2002和所述第二夹持部12连接到所述第一主体部31和所述第二主体部32之间；如图中箭头方向所示，通过所述第一主体部31和所述第二主体部32向所述第一夹持部11和所述第二夹持部12传导一对指向相反的作用力。

在所述一对指向相反的作用力逐渐增大的情况下，所述第二待测半导体芯片2002产生撕开型裂纹(具体可参考图8b)。获取所述第二待测半导体芯片2002产生所述撕开型裂纹的尺寸大小(具体例如为所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间的相对位移大小)，以及发生该撕开型裂纹时作用力的大小；从而实现对所述半导体芯片在Ⅲ型剪切力作用下膜层间结合强度的定量测试。

在实际应用中，记录所述半导体芯片的膜层间发生撕开型裂纹时的剪切力大小，并对失效界面进行界面分析。

在此基础上，本申请实施例还提供了一种测试系统，具体请参考图9。如图所示，所述测试系统，包括：如上述实施例中任意一实施例所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件100，以及装配所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件100的力学试验设备300。

所述力学试验设备300可以具有彼此相对的第一端301和第二端302；所述第一主体部与所述第一端301固定连接；所述力学试验设备300在所述第二端302具有施力机构310，所述第二主体部与所述施力机构连接；所述施力机构310配置为向所述第二主体部施加远离所述第一主体部的力，以通过第一主体部和所述第二主体部向所述第一夹持部和第二夹持部传导所述一对指向相反的作用力。

这里，应当说明的是，仅以所述第一主体部与所述第一端固定连接、所述第二主体部与所述施力机构连接为例进行说明。实际应用中，可以不对所述第一主体部和所述第二主体部进行区分(二者可以为完全相同的结构，在测试过程中，二者彼此对称)，即也可以将第二主体部与所述第一端固定连接，而所述第一主体部与所述施力机构连接。

所述力学试验设备300具体可以为万能力学试验机。所述力学试验设备300，还可以包括：位于所述第一端301侧的载荷传感器以及位于所述第二端302侧的位移传感器。具体地，所述载荷传感器例如位于所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件100与所述第一端301之间，而所述位移传感器例如位于所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件100与所述第二端302之间。所述载荷传感器用于感测产生所述滑开型裂纹或所述撕开型裂纹时，所述作用力的大小；在实际应用中，具体可以体现为发生作用力突变和/或位移突变时对应的作用力大小。所述位移传感器用于感测产生所述滑开型裂纹或所述撕开型裂纹时，裂纹的尺寸大小；在实际应用中，具体可以体现为发生作用力突变和/或位移突变时对应的所述第一夹持部11和所述第二夹持部12之间的相对位移大小。

应当理解，本申请说明书通篇中提到的“一些实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一些实施例中”或“在本申请实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本申请所提供的几个实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的装置实施例。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，其特征在于，包括：

第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部具有第一夹持面，所述第二夹持部具有第二夹持面，所述第一夹持面和所述第二夹持面分别用于贴附待测半导体芯片的与膜层间结合界面相平行的两个彼此相对的表面；

第一主体部和第二主体部，分别与所述第一夹持部和第二夹持部连接，并配置为向所述第一夹持部和第二夹持部传导一对指向相反的作用力，所述作用力的方向平行于所述第一夹持面和所述第二夹持面。

2.根据权利要求1所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，其特征在于，所述第一主体部与所述第一夹持部可拆卸连接，和/或所述第二主体部与所述第二夹持部可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，其特征在于，还包括：第一连接杆和/或第二连接杆；

所述第一连接杆贯穿所述第一主体部与所述第一夹持部以实现所述第一主体部与所述第一夹持部的可拆卸连接；

所述第二连接杆贯穿所述第二主体部与所述第二夹持部以实现所述第二主体部与所述第二夹持部的可拆卸连接。

4.根据权利要求2所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，其特征在于，

所述第一夹持部的与所述第一主体部连接的一端具有第一钩形结构，所述第一夹持部通过所述第一钩形结构与所述第一主体部可拆卸连接；和/或，

所述第二夹持部的与所述第二主体部连接的一端具有第二钩形结构，所述第二夹持部通过所述第二钩形结构与所述第二主体部可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，其特征在于，还包括：第一连接杆和/或第二连接杆；

所述第一连接杆贯穿所述第一主体部，所述第一夹持部通过所述第一钩形结构钩置于所述第一连接杆上以实现所述第一主体部与所述第一夹持部的可拆卸连接；

所述第二连接杆贯穿所述第二主体部，所述第二夹持部通过所述第二钩形结构钩置于所述第二连接杆上以实现所述第二主体部与所述第二夹持部的可拆卸连接。

6.根据权利要求3或5所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，其特征在于，所述第一连接杆和/或所述第二连接杆包括螺纹杆；

在所述第一连接杆上还包括第一螺母和第二螺母，所述第一夹持部在测试所述膜层间结合力期间设置在所述第一螺母和所述第二螺母之间；所述第一螺母和所述第二螺母通过在所述第一连接杆上旋转以调节所述第一夹持部与所述第一主体部的相对位置，并通过沿彼此靠近的方向旋转以夹持所述第一夹持部而将所述第一夹持部固定连接在所述第一主体部上；和/或，

在所述第二连接杆上还包括第三螺母和第四螺母，所述第二夹持部在测试所述膜层间结合力期间设置在所述第三螺母和所述第四螺母之间；所述第三螺母和所述第四螺母通过在所述第二连接杆上旋转以调节所述第二夹持部与所述第二主体部的相对位置，并通过沿彼此靠近的方向旋转以夹持所述第二夹持部而将所述第二夹持部固定连接在所述第二主体部上。

7.根据权利要求1所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，其特征在于，所述第一夹持部至少在所述第一夹持面的位置处为不锈钢材料，和/或所述第二夹持部至少在所述第二夹持面的位置处为不锈钢材料。

8.根据权利要求1所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，其特征在于，所述第一主体部和所述第二主体部分别具有第一装配部和第二装配部，所述第一装配部和所述第二装配部与一力学试验机的相应装配结构相匹配，用以将所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件装配在所述力学试验机上。

9.一种测试系统，其特征在于，包括：如权利要求1-8中任意一项所述的半导体芯片膜层间结合力测试工具组件，以及装配所述半导体芯片膜层间结合力测试工具组件的力学试验设备。

10.根据权利要求9所述的测试系统，其特征在于，所述力学试验设备具有彼此相对的第一端和第二端；所述第一主体部与所述第一端固定连接；所述力学试验设备在所述第二端具有施力机构，所述第二主体部与所述施力机构连接；所述施力机构配置为向所述第二主体部施加远离所述第一主体部的力，以通过第一主体部和所述第二主体部向所述第一夹持部和第二夹持部传导所述一对指向相反的作用力。

Images