将红外光弹应力实时测量系统用于实验教学

本文介绍一种用红外光弹测量方法，对半导体单晶片及其哭喊 件结构中的应力分布进行观察、测量分析，并就其在教学炽的应用作一简介。

用于监测硅片应力的红外光弹仪

为检测硅片在制造工艺中的应力变化,研制了可用于硅片应力检测/监测的红外光弹(IRPE)系统,获得了芯片的红外光弹图像。利用该系统得出了硅通孔(TSV)结构在退火过程中的应力变化,并发现虽然制造技术和工艺完全一样,但每个TSV的初始残余应力是不同的。不同的TSV取得零应力的温度点也不相同,然而当温度达到一定值时,所有TSV都将保持零应力状态。此外,该系统也用于晶圆键合质量的评价,相对于一般红外显微镜,其检测效果更佳,与超声法相比,其检测效果相当,但效率更高且不需耦合剂。

基于双波长红外光弹的全场内部应力自动分析技术

红外光弹法能够实现半导体材料内部应力的无损、全场表征。现有的红外光弹去包裹方法都需要一些手动干预,这成为制约红外光弹法实用于半导体应力在线检测的关键因素。本文提出了一种基于双波长红外光弹的全场内部应力自动分析技术,即双波长种子点自动识别法。该技术根据样品各点在不同波长下的相位变化趋势,解析其中所包含真实相位值的符号和绝对值信息,自动识别出相位去包裹所需要的初始种子点,从而避免了图像分析过程中的人工介入。本文围绕所提出的技术研制了双波长红外光弹实验装置,并利用该装置开展了单晶硅样品内部应力场的实验测量。将实验结果与已有方法进行对比,验证了本文提出方法及装置用于全自动分析复杂应力全场分布的可靠性。

基于多步相移拟合的显微红外光弹系统研制

半导体电子器件的内部应力信息对于分析器件失效和材料破坏十分重要。红外光弹可能成为半导体材料与器件内部应力实验分析的有效手段。本文面向半导体材料与器件内部应力的定量表征,以近红外激光为光源,围绕多步相移拟合图像分析方法,通过选择分析核心部件和开发自动控制装置,研制了显微红外光弹系统。本文将该系统用于表征硅材料的内部应力场,并将分析结果与理论值和六步相移法计算结果进行对比,验证了所研制系统的可靠性,并展示了基于多步相移配合拟合识别的图像分析方法,相比已有技术对于分析因应力小或样品薄导致无整数级条纹出现的光弹图像具有较高的分析精度。

基于六步相移法的集成化显微红外光弹系统的研制

为了实现对芯片和光伏电池板的应力检测,以六步相移法为基础,使用可透过硅基的近红外光源以及相应的光学元件,开发了集红外显微镜和显微红外光弹系统为一体的全自动应力检测系统。系统开发完成后,采用标准红外1/4波片为标准件对其测试精度进行了验证,结果表明系统的相位差检测误差在2.2%以内。使用该系统对经过热循环实验的硅通孔(TSV)周围芯片的残余应力及其在热循环过程的变化规律进行了研究,并评估了其中的最大应力。该系统对于芯片以及光伏电池板的无损检测具有一定的应用价值。

Si/Mo结构烧结应力随烧结温度的变化(英文)

提出了一种新的低温烧结硅/钼结构的方法.根据热弹性理论和复合材料层间应力理论,分析了不同烧结温度下硅/钼结构的层间应力情况,并采用红外光弹系统测量了硅片中的应力分布.实验结果表明,硅片中的应力分布随烧结温度的不同而不同,应力随烧结温度的降低而减小.将实验结果与理论结果进行比较,发现两者吻合较好,从而验证了理论分析的正确性.

磁控溅射Cu膜之Cu/SiO_2/Si结构的应力

采用红外光弹测量法测量用磁控溅射淀积在SiO2 /Si晶片表面的Cu膜在Si衬底中引入的应力 .结果表明 :SiO2 在Si衬底中引入张应力 ,而Cu在Si衬底中引入压应力 .在Cu/SiO2 /Si结构中 ,随SiO2 膜厚减小和Cu膜厚增大 ,Si衬底中张应力逐渐减小 ,最终转为压应力 .同时比较、分析了理论估算值和实验结果的差异 。

硅通孔的应力评价

硅通孔(TSV)是三维电子封装的关键部位,因此分析其应力状态对评估TSV可靠性非常重要。建立了微型红外光弹性系统,并可施加热载荷来表征TSV结构的应力。在测试系统的全域和实时的模式下得到结论:即便制造技术和工艺是一样的,每个TSV应力状态是不同的;不同的TSV其零应力温度也不相同;并且即便温度升高,TSV仍保持零应力状态。为了对TSV的应力进行定量分析,建立了有限元模型,获得了TSV在不同零应力的温度下的应力状态。基于光弹性原理和有限元结果构造出不同零应力温度下的虚拟光弹性条纹,通过虚拟条纹与实验结果的对比,选取适当的虚拟光弹性条纹图案从而可确定TSV的应力。