具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

TSV是硅通孔(Through Silicon Via)的简称，主要是通过制作穿透芯片或晶圆的垂直电学连接通道，实现芯片或晶圆之间的垂直互连，并起到信号导通、传热和机械支撑的作用。因其具有电性能佳、功耗低、互连密度高、尺寸小、重量轻等优势，在各个领域得到广泛的应用，包括：(1)芯片的3D集成；(2)异质器件的3D集成，如硅芯片与MEMS、RF以及光电子器件的集成；(3)晶圆级3D集成；(4)硅转接板(Interposer)2.5D集成。

TSV是由电镀Cu填充具有多层材料界面的复合结构，界面结构为Cu/Ta/SiO₂/Si，且呈现一定的粗糙度。TSV-Cu/Si界面结构中，由于各材料的热膨胀系数(CTE)存在显著差异，在温度循环下，严重的热失配将导致TSV-Cu/Si界面中不同材料层中产生较大的切应力和拉应力，加上电镀工艺导致不同材料层键合处界面强度薄弱，很容易诱发界面发生分层或开裂，致使TSV间发生漏电，加剧TSV的电迁移问题。因此，研究TSV-Cu/Si复合界面的失效的机理对TSV技术的发展和应用有重要意义。

TSV在温度循环下，TSV-Cu/Si界面产生的残余应力是导致界面失效的最主要原因之一，界面失效是TSV成品良率降低和可靠性问题突出的主要根源。目前，TSV-Cu/Si界面完整性依然是研究的热点和难点。其中一个难点，就是对于TSV-Cu/Si界面在温度循环下的原位观察。由于界面处的Cu在温度循环过程中，会暴露在高温空气下，Cu会与氧气发生氧化还原反应，使得界面处的材料性质发生变化，对实验结果造成严重影响。所以如何避免TSV-Cu/Si界面处的Cu在温度循环过程中发生氧化反应，是实现TSV界面完整性原位测试的关键。

目前来看，适用于TSV界面完整性原位测试的方式主要为利用真空来避免TSV界面的Cu发生氧化，即通过真空密封技术与温度循环系统结合形成新的真空温度循环系统。又分为将TSV复合结构放置于真空系统中，将真空系统集成于温度循环系统中，或者将温度循环系统集成在真空系统内，控制温度循环系统循环变化温度，以便观察TSV复合界面在温度变化过程中的状况。但是，将真空系统集成于温度循环系统的方案中，由于温度循环系统在外部，传热效果差，导致真空系统中的温度变化可能与实际所需值不符，影响测试的准确性，不利于对TSV复合界面的测试研究；将温度循环系统集成于真空系统中的方案中，真空系统需要对外连接各类设备，需要额外的开孔设计和密封设计，真空效果不佳，Cu可能会与氧气发生氧化还原反应，影响测试结果。

综上，如何得到一种具有高真空度，且能够准确控制TSV复合结构的温度变化的测试策略，是本领域中亟需解决的问题之一。

为解决上述问题，本实施例提供了一种硅通孔复合结构的测试系统和测试方法。

实施例一

本实施例提供了一种硅通孔复合结构的测试系统，用于对硅通孔复合结构进行测试。

参照图1，本实施例提供的硅通孔复合结构的测试系统包括温度变化箱20、真空箱30、温度监控装置40以及观测装置。

其中，温度变化箱20提供了一种温度循环变化的测试环境，温度变化箱20的内部温度循环变化，又可称为高低温温度循环箱，其内部温度可由低到高逐渐升高，再由高到低逐渐降低，如此循环变化。在实际应用中，可以根据实际需求设置温度变化箱20内的温度变化范围，并通过在温度变化箱20内配置相应设备以使温度在设定的温度变化范围内变化。

真空箱30设置于温度变化箱20内，真空箱30内用于放置硅通孔复合结构的待测样品10。由于真空箱30内部仅需设置硅通孔复合结构的待测样品10，因此设置一小型真空箱30即可满足需求。

温度监控装置40连接真空箱30和温度变化箱20，用于监测待测样品10的温度变化范围，并控制温度变化箱20调节内部温度的循环变化状态，以使待测样品10的温度在目标温度变化范围内变化。

设置温度变化箱20的初衷是通过热传递的方式使待测样品10可以实现所需的温度变化，但是由于待测样品10并非直接设置在温度变化箱20内，而是设置在温度变化箱20内的真空箱30内，因此会出现传热延迟的问题，导致温度变化箱20内虽然达到了设定的温度，但是待测样品10并没有达到所需的温度，这显然会影响测试结果。为此，本实施例设置了温度监控装置40，通过温度监控装置40监控待测样品10的温度变化范围，若判断出待测样品10的温度变化范围并不是实际所需的目标温度变化范围，则说明需对温度变化箱20内的温度进行调节，以使待测样品10的温度在目标温度变化范围内变化。例如，待测样品10的温度变化范围为10度-80度，温度变化箱20设置的温度变化范围为10度-80度，但是由于传热延迟的问题，当温度变化箱20内温度在10度-80度之间循环变化时，监测到待测样品10的温度实际是在15度-75度之间变化，为了确保待测样品10的温度在10度-80度变化，可调高温度变化箱20设定的温度变化范围为15度-85度，同时保持温度监控装置40实时检测待测样品10的温度变化范围，若检测结果为待测样品10的温度在10度-80度变化，则在当前的配置下进行测试，若仍不符合待测样品10的目标温度变化范围，则进一步调节温度变化箱20的温度变化范围，直至待测样品10的温度变化范围为目标温度变化范围。

本实施例中，在实际应用中，温度监控装置40监测的可以是待测样品10表面或距离待测样品10表面预设距离范围内的温度，这些位置处的温度与待测样品10的真实温度的误差较小，可直接认定为待测样品10的温度。

观测装置用于当待测样品10的温度在目标温度变化范围内循环变化时，对待测样品10的界面状态进行观测。通过温度监控装置40和温度变化箱20的配合，使待测样品10的温度在目标温度变化范围内循环变化时，便可以通过观测装置对待测样品10的界面状态进行观测。

上述硅通孔复合结构的测试系统，将硅通孔复合结构的待测样品10放置于真空箱30内，将真空箱30放置于温度变化箱20内，当温度变化箱20内部温度处于循环变化时，通过温度监控装置40监测待测样品10的温度变化范围，若判断出待测样品10的温度变化范围与所需要的目标温度变化范围不符时，重新设置温度变化箱20，调节其内部温度循环变化状态，以使待测样品10的温度在目标温度变化范围内变化，再通过观测装置对待测样品10的界面状态进行观测。由此，通过对温度变化箱20的温度变化状态进行校正，可确保待测样品10可以在目标温度变化范围内变化，提高测试的准确性，避免因传热延迟而导致待测样品10温度达不到目标温度，影响观测的准确性。同时，真空箱30与外接设备的连接较少，无需对真空箱30开孔和密封设计，因此可保证真空箱30的真空效果，降低密封成本。

在其中一个实施例中，温度变化箱20包括箱体、加热设备以及制冷设备，加热设备用于对箱体进行加热，以提升箱体的内部温度，制冷设备用于对箱体进行降温，以降低箱体的内部温度。

当设定了温度变化箱20的温度变化范围，即可通过加热设备对箱体进行加热，将箱体内部温度提升到设定的温度最高值，然后再通过制冷设备降低箱体内部温度至设定的温度最低值，如此循环往复，实现温度变化箱20的温度循环变化。

其中，加热设备可以包括加热管等常规的加热设备，制冷设备可以包括制冷管等常规的制冷设备，成本均较低。

另外，温度变化箱20内还可以包括鼓风机，由此可加快温度变化，提高温度变化效率，进而提高测试效率。

在其中一个实施例中，参照图2，待测样品10通过导热元件31贴附于真空箱30的内壁。通过导热元件31作为待测样品10的固定平台，不会影响真空箱30的内壁与待测样品10之间的导热，确保传热效果。

在其中一个实施例中，导热元件31包括导热胶。以导热胶作为导热元件31时，利于将尺寸微小的待测样品10粘连在导热胶上，进而实现与真空箱30的固定。

导热胶可以选用耐高低温导热胶，例如选用环氧树脂高温粘合剂、导热硅脂、甲基乙烯基聚硅氧烷混合物中的任意一种。

在其中一个实施例中，参照图2，真空箱30通过一真空阀门32连接真空泵机33，真空泵机33用于对真空箱30内的密封腔体抽真空处理。在测试开始前，通过真空泵机33将真空箱30的密封腔体内的气体抽空，以确保能够提供一真空环境，防止待测样品10中Cu发生氧化还原反应，影响测试准确性。

其中，真空箱30可以包括一侧开口的箱体和盖板，盖板和箱体的开口处之间设置有密封胶圈，以提高密封性。盖板与箱体可以通过一螺母卡扣连接，实现箱体和盖板的固定，进而形成密封腔体。真空阀门32的一端连接盖板上的螺母孔，另一端连接真空泵机33。当不需要连接真空泵机33时，真空阀门32可以作为预留连接部，用于真空箱30与其他外部设备的连接。

在其中一个实施例中，参照图2，温度监控装置40包括电性连接的温度监控仪41和温度探头42，温度探头42伸入真空箱30内，用于感知待测样品10的温度，温度监控仪41采集温度探头42的感应数据并根据感应数据控制温度变化箱20调节内部温度，以使待测样品10的温度在目标温度变化范围内变化。

其中，温度探头42可以选用贴片式温度探头42，贴片式温度探头42穿过盖板伸进真空箱30的密封腔体内，贴附于待测样品10周围，通过热电偶感知待测样品10周围的温度，以此作为待测样品10的温度。温度监控仪41设置于温度变化箱20的外部，用于获取温度探头42的感应数据，并实时记录和处理。当温度监控仪41判断待测样品10的温度不符合要求，则通知温度变化箱20，以使温度变化箱20调节自身温度变化范围。

在其中一个实施例中，温度监控仪41包括巡检仪和上位机，巡检仪连接温度探头42，用于采集感应数据，上位机连接巡检仪，用于分析和处理感应数据。巡检仪是一种数据采集器，与温度探头42连接后，可以不断采集温度探头42上的数据，实现巡回检测、报警控制、变送输出与数据通讯等功能；上位机是计算机上的数据处理软件，与巡检仪连接后，可以实时接收巡检仪发送的温度数据，实现数值显示、数据处理、寿命监测、报警控制等功能。

在其中一个实施例中，观测装置包括聚焦离子束和电镜。即，通过聚焦离子束(FIB)和电镜对不同温度循环次数下的TSV复合界面进行原位观察，实现对TSV复合界面的研究，由于待测样品10的温度是在准确的温度变化范围内循环变化，且处于真空环境下，不会发生物质变化，因此原位观察的结果准确度较高。

实施例二

本实施例提供了一种硅通孔复合结构的测试方法，用于对硅通孔复合结构进行测试。本实施例提供的硅通孔复合结构的测试方法可以利用实施例一中所提供的硅通孔复合结构的测试系统，也可以利用其它类型的测试系统。

本实施例提供的硅通孔复合结构的测试方法包括以下步骤：

步骤S200、提供温度变化箱20和放置有硅通孔复合结构的待测样品10的真空箱30，并将真空箱30设置于温度变化箱20内部；

步骤S400、设定温度变化箱20的测试环境，测试环境包括内部温度的循环变化状态；

步骤S600、监测真空箱30内待测样品10的温度变化范围，并控制温度变化箱20调整内部温度的循环变化状态，以使待测样品10的温度在目标温度变化范围内变化；

步骤S800、当待测样品10的温度在目标温度变化范围内循环变化时，观测待测样品10的界面状态。

上述硅通孔复合结构的测试方法，将硅通孔复合结构的待测样品10放置于真空箱30内，将真空箱30放置于温度变化箱20内，当温度变化箱20内部温度处于循环变化时，监测待测样品10的温度变化范围，若判断出待测样品10的温度变化范围与所需要的目标温度变化范围不符时，重新设置温度变化箱20，调节其内部温度循环变化状态，以使待测样品10的温度在目标温度变化范围内变化，再对待测样品10的界面状态进行观测。由此，通过对温度变化箱20的温度变化状态进行校正，可确保待测样品10可以在目标温度变化范围内变化，提高测试的准确性，避免因传热延迟而导致待测样品10温度达不到目标温度，影响观测的准确性。同时，真空箱30与外接设备的连接较少，无需对真空箱30开孔和密封设计，因此可保证真空箱30的真空效果，降低密封成本。

在其中一个实施例中，在步骤S200，即提供温度变化箱20和放置有硅通孔复合结构的待测样品10的真空箱30，并将真空箱30设置于温度变化箱20内部的步骤之前，本实施例提供的硅通孔复合结构的测试方法还包括以下步骤：

步骤S100、通过导热元件31将待测样品10贴附于真空箱30的内壁。

本实施例提供的硅通孔复合结构的测试方法与实施例提供的硅通孔复合结构的测试系统属于同一发明构思，关于硅通孔复合结构的测试方法的具体内容可参见实施例一中的具体描述，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。