Stress Simulation of Cu/Sn to BCB hybrid bonding

學生 : 張志丞指導教授 : 陳冠能教授

Cu TSVwith Cu/Sn Bump 基本結構

1. 提供 5M Pa 的下壓力道測試所受熱應力變化2. 提供從室溫 (25 ℃ )~250 ℃ 測試所受熱應力變化

5M Pa

BCB

示意圖 模擬結構圖

TSV with Cu/Sn bump 模擬結果

Max : 2.332×108 PaMin : 5.1878 ×105 Pa在 Si 和 TSV 交界有最大應力變化

Max : 1.116158×109 PaMin : 1.752157×106 Pa在 Si 和 TSV 交界有最大應力變化

在 2M Pa 下壓力產生的結果

Max:2.332e8

在 25 ℃~250 ℃ 產生的結果

Max:1.116158e9

Scallop 結構Si/ oxide / TiN / Cu TSV

329nm

52nm

(474nm/72nm)

在製作 TSV 的蝕刻過程中會產生 Scallop 狀的缺陷，模擬在這樣的結構下從溫度 -40 ℃~250 ℃ 下對結構的影響

Scallop 在 -40 ℃ ~250 ℃ 模擬結果

Max : 7.374309×108 PaMin : 2.3052×105 Pa

在 TiN 和氧化層及 Cu 之間的交界處會有最大應力變化 ( 箭頭為壓力方向 )

SiO2 TiN Cu

Max:7.374309e8

SiO2 TiN CuSi

結論• 對 TSV with Cu/Sn bump 的模擬　 1. 溫度變化產生的熱應力變化大於壓力，不 過都還在不使結構受損的範圍。　 2.在 Si和 TSV 的交界有最大應力變化，在 Cu/Sn 　bump和metal　line 之間也有滿大的應力變化。• 對 Scallop 的模擬　 1. 由於每一層材質的不同加上 Scallop 的結構，使　　　　　　　TiN 兩側受到熱應力的變化擠壓。　 2. 雖然受到熱應力變化，不過仍然在不會損害材

料的範圍內