三维集成电路(3D IC)已经成为高性能系统的一个很有前途的途径，以满足移动计算日益增长的需求。多个器件级连接到一个集成电路通过硅通道(TSV)。这种方法提供了更快的设备操作，消除了边缘布线的需要，并降低了功耗和电气路径长度。
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铜tsv的可靠性取决于沉积条件以及3D IC制造过程中使用的热负载。为了提高器件的寿命，沉积条件和热退火条件的优化具有重要意义。
与现有解决方案的比较
在器件制造时，检查由于加工条件而发生的微结构变化可以预测tsv的可靠性三维集成电路．使用组合的表征方法，可以观察到感兴趣的微观结构特征:
- 透射电镜(TEM)) - TEM提供了基于晶体学的缺陷和晶粒在TSV成像。虽然这些图像提供了定性的微观结构信息，但TEM中晶体取向的测定通常是手工进行的。这限制了定量测量的数量，使统计上可靠的取样难以确定晶粒尺寸和首选取向。
- 聚焦离子束(FIB)-通过晶体沟道成像，FIB图像提供了关于TSV沉积和填充质量以及晶粒尺寸的定性信息。FIB成像不能定量测定晶粒尺寸或提供直接的晶体取向信息。晶粒尺寸提供关于退火过程的信息，而晶体取向提供关于沉积过程的反馈。
- Nanoindentation-通过表征亚微米尺度上的材料响应，纳米压痕提供了弹性模量和屈服强度的信息，提供了对tsv中存在的塑性应变和晶粒尺寸的理解。晶体组成和取向等微观结构特征会改变测量到的局部应变和强度值;然而，如果不直接理解这个局部微观结构，测量值的差异就无法精确解释。
相反,电子背散射衍射提供了一个快速和自动化的解决方案，以表征铜tsv的微观结构。电子服务支援服务的好处如下:
- 通过离散晶体取向测量直接测量晶粒尺寸，消除了晶粒测定的不确定度。沉积和热循环后，可以测量铜的晶粒尺寸，以修改制造参数，控制晶粒尺寸分布，获得完整的TSV填充。
- 通过直接测量晶体取向和织构，可以更好地了解铜薄膜的沉积过程。诸如沉积速率、电压和镀液添加剂等变量决定了发展和影响填充速率和空穴形成概率的首选方向。
- 可以实现对TSV铜晶间定向偏差的直接测量。这些错向标志着热循环过程中塑性变形的发生。塑性变形的存在意味着可能形成铜突出物，从而引起分层和开裂的可靠性问题。
微量分析结果
EBSD数据来源于6 μm × 40 μm铜TSV，经沉积和热循环模拟线后端(BEOL)处理后获得。图1展示了一个与侧壁增长方向相关的方向着色的方向映射。EBSD数据显示，该合金具有大量的孪晶界，没有明显的择优取向发展。
此外，一个优秀的TSV填充被看到。晶粒的平均尺寸为978 nm。与随机的高角度晶界相比，孪晶界在TSV中的扩散路径要慢得多。如果从晶粒确定算法中消除孪晶界，则可以测量到2.72 μm的双调整晶粒尺寸。这种调整后的晶粒尺寸将以更好的方式预测可靠性。
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图1所示。铜通过硅的取向图，显示无优先取向。
图2显示了包括和不包括孪晶的晶粒结构，其中晶粒被任意着色以显示形态和大小。没有孪晶的晶粒结构更接近首选的“竹”结构，其中高角度边界通常接近垂直于TSV的长度。这种晶粒结构限制了晶界通过TSV的可能扩散路径，并将提供更好的电迁移失效抗力。
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图2。含孪晶界铜TSV的晶粒图。
图3显示了一幅核平均偏差(KAM)图，其颜色与铜TSV中存在的塑性变形水平有关。在热循环时，铜与周围硅片之间的热膨胀系数差异导致应力的发展。当这些应力超过铜的弹性极限时，就会发生永久的塑性变形。这种变形可能会导致TSV内部的铜突出，从而导致设备的可靠性问题。
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图3。核平均错向图显示了热循环后塑性应变的发展，降低了可靠性。
KAM图显示，在该TSV的底部已经形成了一个塑性变形区域。在这种情况下，应修改热循环中的变量，以降低应用应力，以获得更好的可靠性。
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这些信息已经从EDAX公司提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载
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