[发明专利]一种总剂量效应对TSV结构材料性能变化的分析方法

说明书

本发明公开了一种总剂量效应对TSV结构材料性能变化的分析方法，首先制造三维互连TSV转接板，利用矢量网络分析仪测试出经不同剂量总剂量辐照下转接板的散射参数；其次利用HFSS软件拟合经不同辐照剂量下转接板的散射参数，提取在不同辐照剂量的条件下TSV结构中材料Si、SiO₂的介电常数；接着总结出辐照剂量与TSV结构中材料Si、SiO₂的介电常数关系；最后根据得到的关系来分析出在任意值辐照剂量情况下TSV结构的材料参数。相较于现有技术，本发明通过结合有限元仿真软件构建辐照剂量与TSV结构材料Si、SiO₂的介电常数的关系，能够快速、方便、精确、经济地分析出任意辐照剂量下TSV结构材料的物理参数。

技术领域

本发明涉及一种总剂量效应对TSV结构材料性能变化的分析方法。

背景技术

航天器件小型化是目前的发展趋势，以TSV(through silicon via，穿透硅通孔)、RDL(Redistribution Layer，重布线层)和Bump(凸点)等技术为基础的三维集成封装正逐渐朝着小型化、轻量化、高密度以及高可靠性方向发展，为缩小器件体积提供了新的途径。TSV技术是指在硅片上进行微通孔加工，在硅片内部填充导电材料，通过TSV技术实现芯片与芯片之间的垂直互连，是三维封装的关键技术。但是，长期应用于空间环境中的三维微系统会受到辐照效应影响，使TSV结构的氧化层产生电子-空穴对，从而导致材料性能发生变化，其中主要改变的是氧化层材料的介电常数，继而影响TSV结构与整个微系统的信号传输质量。而散射参数能够描述传输通道的频域特性，通过测得TSV结构的散射参数，能得到TSV结构信号传输的特性与质量。然而，采用总剂量效应辐照测试存在照费用昂贵、粒子加速器资源有限、实验具有不可逆性及指定总剂量辐照剂量下测量TSV结构材料的物理参数繁琐等问题。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种总剂量效应对TSV结构材料性能变化的分析方法，能够快速、方便、经济地分析出任意辐照剂量下TSV结构材料的物理参数。

技术方案：一种总剂量效应对TSV结构材料性能变化的分析方法，包括：

步骤1：设计并制作一批三维互连TSV转接板，利用矢量网络分析仪分别测试出三维互连TSV转接板辐照前的散射参数S21；

步骤2：根据确定好的若干剂量点，对三维互连TSV转接板进行钴源辐照，之后再次利用矢量网络分析仪测得经不同剂量下辐照后的散射参数S21；

步骤3：根据所述三维互连TSV转接板，在HFSS软件中建立对应的结构模型，随后改变结构模型中材料Si、SiO₂的介电常数，将通过HFSS软件仿真的散射参数与实测的散射参数进行拟合；

步骤4：根据所述散射参数S21以及材料Si、SiO₂的介电常数，得到钴源辐照剂量与三维互连TSV转接板中材料Si、SiO₂的介电常数的函数关系为：

y₁＝-1.43·e^-x/173.98+13.33 (1)

y₂＝-0.81·e^-x/154.60+4.71 (2)

其中，y₁为Si的介电常数；y₂为SiO2的介电常数；x为钴源辐照剂量；

步骤5：根据所述函数关系来预测不同剂量点下三维互连TSV转接板中材料Si、SiO₂的介电常数值。