硅单晶片的残余应力的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种硅单晶片的残余应力的测试方法，主要测试步骤有：三向应变花、应变仪、被测硅单晶片等的准备工作，粘贴三向应变花，测试各三向应变花各电阻的初值并记录，切割硅片释放应力，复测三向应变花各数据并对应记录，数据处理，分析讨论结果。本发明专利技术用三向电阻应变花做应变传感器，采用切割法释放硅片的残余应力，以YE2539高速静态应变仪测量紧密粘贴在硅片上应变花的反向应变可计算出硅片上各点残余应力的大小和方向，形成对硅片独特的测试操作过程，测试精度高，速度快，成本低。测试结果分析表明：单晶硅片总体残余应力小，圆周边缘处的残余应力相对内部测点偏大，未经加工的单晶硅片相对于已加工的单晶硅片的最大残余应力偏大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体，尤其是采用电阻应变片测试硅单晶片的残余应力的方法。
技术介绍
在半导体器件工艺过程中，硅单晶片是单个器件或集成电路芯片积聚的生产单元，随着市场竞争的要求，需要不断地降低成本、不断提高生产效率，因而半导体生产单元——娃片的面积则愈来愈大，直径从早先国内的1. 5inch(38. 04 mm )、2inch(50. 72 mm )、 3inch (76. 08 mm )硅片发展到 4inch (100 mm )、5inch (125 mm )、6inch (150 mm )，目前世界先进的企业已达 8inch (200 mm )、IOinch (250 mm )、12inch (300 mm )。随着大直径硅片以及其配套的设施、设备、工装具使用，生产效率成比例地翻番。 然而，由于硅半导体器件制程中都需要进行机械研磨、减薄、抛光等加工以及多道工序的高温过程，加之硅片的厚度由不足1毫米加工到100微米至200微米，因此，半导体器件制程中的碎片情况随着硅片的直径加大而变的愈来愈严重。碎片是一种不可逆的加工损耗，严重的碎片将使生产效率大大受损、成本增加。硅片发生碎片的物理原因是片子内部的应力太大或超过临界。在高温过程中因热胀冷缩、或机械加工中或在操作中遇到轻微的外力或在静态存放情况下环境温度略有改变即会导致碎裂。因此，硅片的残余应力究竟有多少？这就成为大面积硅片加工的工程师们所关注的问题。物体由于外因(受力、温度变化等)而变形时，在物体内各部分之间会产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并有使物体从变形后的位置回复到变形前位置的趋势。 在所观察的截面上某一点附近单位面积上的内力称为应力。垂直于截面的应力称之为正应力或法向应力，平行于截面的应力称之为剪应力或切向应力，在应力方向物件尺度的相对变化量称之为应变，应力与应变之间的关系遵循虎克定律(对弹性形变)。单晶硅片残余应力定义所谓单晶硅片的残余应力即指硅半导体器件厂的原材料单晶硅片(经材料厂机械切割、磨片、抛光等加工后的材料单晶硅片)或者是经诸如高温过程的器件加工工艺后的、形成或未形成器件功能的加工过程中硅片所残留的应力。残余应力的测试方法，是机械工程测试的一项比较成熟的技术，而单晶硅片的残余应力的测试目前还没有搜集到相关的资料。一般的残余应力的测定方法大致可分为机械测量法和物理测量法两类。物理测量法包括X射线法、磁性法、和超声波法等。它们分别利用晶体的X射线衍射现象、材料在应力作用下的磁性变化和超声效应来求得残余应力的量值。它们是无损的测量方法。其中X射线法使用较多，比较成熟，被认为是物理测量法中较为精确的一种测量方法。磁弹性法和超声波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地认为是有发展前途的两种测试方法。物理法的测试设备复杂、昂贵、精度不高。特别是应用于现场实测时，都有一定的局限性和困难。机械方法包括切割法(下面主要介绍)、套环法和钻孔法等，它是米用电阻应变计事先固定在被测对象的所需要测定的位置，读出电阻应变计的初始值或零点，然后，通过机械切割分离或钻一盲孔等方法把被测点的应力给予释放，再测出应力释放后应变计的应变，根据电阻应变计在被测物件应力释放前后的应变数值之差，它与构件原有应变量值相同、符号相反，因而得到物件的残余应变，根据材料的杨氏模量E以及泊松比V以及一套计算公式(附录2残余应力计算公式)，即可计算出被测材料的残余应力的分布、大小和方向。 此计算被测材料应力时，应将所得应变计的应变读数值乘以负号。残余应力的切割释放方法是一种破坏性或半破坏性的做法，因而这种测量残余应力的方法是破坏性的或半破坏性的方法，但它具有简单、准确等特点。从两类方法的测试功能来说，机械方法以测试宏观残余应力为目的，而物理方法则测试宏观应力与微观应力的综合值。因此两种方法测试的结果一般来说是有区别的。对于硅单晶片残余应力的测试来说牺牲极少量的硅片而取得各种工艺过程之后残余应力的数据仍是值得的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用电阻应变片测试硅单晶片的残余应力的方法，基于残余应力的计算公式E为所测得三向应变花的应变，其下标χ、y或Α、B、C为应变的方向(见图7)。令权利要求1.，其特征是包括以下步骤(1)器材准备三向应变花、应变仪和被测硅单晶片，所述三向应变花的型号为 Brl20-2AA，所述应变仪为YE2539高速静态应变仪；(2)测试准备:(2. 1)将三向应变花编号；(2. 2)将三向应变花的6根引出线用袖珍烙铁焊接在6芯排线上； (2. 3)对已焊接好三向应变花的6芯排线的另一头进行剥线，使端头露出金属线头； (2. 4)将被测硅单晶片的背面，上、下、左、右按内、中、外三层共五行五列，用水笔预先画好粘贴三向应变花的粘贴位置；(2. 5)用502胶逐一在粘贴位置点上502胶；(2. 6)随即将三向应变花按粘贴位置粘贴到被测硅单晶片上，用手轻轻按压；同时也将各连接三向应变花的6芯排线也胶固在同行或同列被测硅单晶片的对应位置；(2. 7)对所贴三向应变花作平移或旋转调整，使三向应变花阵列纵横及取向一致，待胶干；(3)应力释放前测试(3. 1)按照仪器说明，进行应变仪、三向应变花应变当量测试校准； (3. 2)将被粘贴在被测硅单晶片上的三向应变花的对应测试引出线连接到应变仪的对应的测试端子；(3. 3)初调应变仪的电桥平衡，记录三向应变花编号、方向角以及平衡电阻数值； (3. 4)将所有粘贴在被测硅单晶片上三向应变花的初始调零的平衡电阻数值一一对号记录；(4)被测硅单晶片应力释放(4. 1)检查步骤(3)的所有记录的数据及其编号，确认与三向应变花对应无误； (4. 2)采用金刚钻刀用略架高的钢尺在被测硅单晶片上沿三向应变花的行间或列间划上划断痕，并将被测硅单晶片分离，残余应力释放，硅单晶圆片分离成贴有三向应变花的条状；(5)应力释放后的测试(5. 1)将切割后的被测硅单晶片条上的三向应变花引出线接入应变仪； (5. 2)依次对号将应变仪的平衡电阻按步骤(3)的测试记录数据调节在初始的平衡数值的位置；(5. 3)记录应变仪的非平衡输出，或直接记录三向应变花的应变值；(6)进行数据处理，采用残余应力计算公式，计算出被测硅单晶片的残余应力的分布、 大小和方向。全文摘要本专利技术公开了一种，主要测试步骤有三向应变花、应变仪、被测硅单晶片等的准备工作，粘贴三向应变花，测试各三向应变花各电阻的初值并记录，切割硅片释放应力，复测三向应变花各数据并对应记录，数据处理，分析讨论结果。本专利技术用三向电阻应变花做应变传感器，采用切割法释放硅片的残余应力，以YE2539高速静态应变仪测量紧密粘贴在硅片上应变花的反向应变可计算出硅片上各点残余应力的大小和方向，形成对硅片独特的测试操作过程，测试精度高，速度快，成本低。测试结果分析表明单晶硅片总体残余应力小，圆周边缘处的残余应力相对内部测点偏大，未经加工的单晶硅片相对于已加工的单晶硅片的最大残余应力偏大。文档编号G01L1/22GK102435361SQ20111033396公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日专利技术者刘剑, 徐永平 申请人:扬州晶新微电子有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永平，刘剑，
申请(专利权)人：扬州晶新微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：