热传导-TC 晶圆镀金镀镍后的热传导特性测试-Hot Disk

硅晶圆是IC上游属于精密原材料，质量特性要求非常严格, 但因为晶圆薄化及镀膜后质量变得如何是必需要分析的特性, 如果需要每层镀膜厚度, 那金属镀膜可以使用XRF (X-Ray Fluorescent Analyzer X-射线荧光分析仪) 即可以明确量测到每一层金属如镀镍, 镍金或其他金属镀层(镀铜, 镀银, 镀钛….)的厚度, 但如果是镀非金属那可以使用椭圆仪Ellipsometry, 但无法测试到细微层跟层之间的接口状况, 此种物理特性会影响电性及散热特性不良, 如何利用各种特性分析知道晶圆镀膜后的特性, 参数之一就是热传导系数Thermal Conductivity。

单晶硅晶圆Wafer热传导系数是141W/m.k, 镍Ni热传导系数是90W/m.k , 金Au热传导系数是318 W/m.k, 金属氧化物及有机层热传导系数很低, 量测镀膜后其热传导系数Thermal Conductivity状况可以做为失效分析之工具, 因为晶圆本身特性非常容易受到制备样品产生的破片影响样品本身特性, 无法直接切成一般热传导测试用的固定圆形形状, 因为单晶材料或是陶瓷材料很硬但很脆, 样品一旦切割, 在样品切割点附近都可能有裂缝, Hot Disk 可以使用未前处理部分测试, 对于样品型态的宽容度很高, 所以目前晶圆厂都使用Hot Disk来分析晶圆相关的热传导系数, 也是目前唯一可行且具有国际ISO标准方法(ISO 22007-2 Hot Disc)的工具。

样品三个分别为单纯硅晶圆Wafer-Row, 硅晶圆镀镍Wafer(Ni), 硅晶圆镀镍镀金Wafer(Au)

测试目的: 测试制程化镀的特性/镀膜状况/金盐状况利用特性:热传导系数-单纯硅晶圆热传导141W/m.k, 镍热传导系数90 W/m.k, Au热传导系数318W/m.k, 制程不同热传系数会有明显差异。

硅晶圆样品测试热传导系数

Hot Disk测试数据有数种方式确保数据正确的机制, 这些项目也写在ISO-22007-2的细目内包括:Drift, Transient, Calculated, Residual

1. Drift 确保样品测试当下, 温度及样品稳定 Fig 4

2. Transient 确保仪器开始产生温差造成热传输时数据稳定 Fig 5

3. 200个测试数据非常稳定 Fig 6

4. 斜率代表热传导系数,200次测试都是同一个数据 Fig 7

硅晶圆样品利用Hot Disk测试热传导系数, 每一次测试有200个测试点, 硅晶圆样品测试两次, 测试结果热传导系数141.7~141.2 W/m.k

晶圆镀镍样品与晶圆镀镍/镀金样品

样品Wafer(Ni)是晶圆镀镍样品, 利用Hot Disk TPS3500测试热传导系数, 样品测试两次, 热传导系数两次都是113.8~113.8W/m.k
样品Wafer(Au)是晶圆镀镍/镀金样品, 利用Hot Disk TPS3500测试热传导系数, 样品测试两次, 热传导系数是109.0~109.1W/m.k,