熱傳導-TC 晶圓鍍金鍍鎳後的熱傳導特性測試-Hot Disk

矽晶圓是IC最上游屬於精密原材料，品質特性要求非常嚴格, 但因為晶圓薄化及鍍膜後品質變得如何是必需要分析的特性, 如果需要每層鍍膜厚度, 那金屬鍍膜可以使用XRF (X-Ray Fluorescent Analyzer X-射線螢光分析儀) 即可以明確量測到每一層金屬如鍍鎳, 鎳金或其他金屬鍍層(鍍銅, 鍍銀, 鍍鈦….)的厚度, 但如果是鍍非金屬那可以使用橢圓儀Ellipsometry, 但無法測試到細微層跟層之間的介面狀況, 此種物理特性會影響電性及散熱特性不良, 如何利用各種特性分析知道晶圓鍍膜後的特性, 參數之一就是熱傳導係數Thermal Conductivity。

單晶矽晶圓Wafer熱傳導係數是141W/m.k, 鎳Ni熱傳導係數是90W/m.k , 金Au熱傳導係數是318 W/m.k, 金屬氧化物及有機層熱傳導係數很低, 量測鍍膜後其熱傳導係數Thermal Conductivity狀況可以做為失效分析之工具, 因為晶圓本身特性非常容易受到製備樣品產生的破片影響樣品本身特性, 無法直接切成一般熱傳導測試用的固定圓形形狀, 因為單晶材料或是陶瓷材料很硬但很脆, 樣品一旦切割, 在樣品切割點附近都可能有裂縫, Hot Disk 可以使用未前處理部分測試, 對於樣品型態的寬容度很高, 所以目前晶圓廠都使用Hot Disk來分析晶圓相關的熱傳導係數, 也是目前唯一可行且具有國際ISO標準方法(ISO 22007-2 Hot Disc)的工具。

樣品三個分別為單純矽晶圓Wafer-Row, 矽晶圓鍍鎳Wafer(Ni), 矽晶圓鍍鎳鍍金Wafer(Au)

測試目的: 測試製程化鍍的特性/鍍膜狀況/金鹽狀況利用特性:熱傳導係數-單純矽晶圓熱傳導141W/m.k, 鎳熱傳導係數90 W/m.k, Au熱傳導係數318W/m.k, 製程不同熱傳係數會有明顯差異。

矽晶圓樣品測試熱傳導係數

Hot Disk測試數據有數種方式確保數據正確的機制, 這些項目也寫在ISO-22007-2的細目內包括:Drift, Transient, Calculated, Residual

1. Drift 確保樣品測試當下, 溫度及樣品穩定 Fig 4

2. Transient 確保儀器開始產生溫差造成熱傳輸時數據穩定 Fig 5

3. 200個測試數據非常穩定 Fig 6

4. 斜率代表熱傳導係數,200次測試都是同一個數據 Fig 7

矽晶圓樣品利用Hot Disk測試熱傳導係數, 每一次測試有200個測試點, 矽晶圓樣品測試兩次, 測試結果熱傳導係數141.7~141.2 W/m.k

晶圓鍍鎳樣品與晶圓鍍鎳/鍍金樣品

樣品Wafer(Ni)是晶圓鍍鎳樣品, 利用Hot Disk TPS3500測試熱傳導係數, 樣品測試兩次, 熱傳導係數兩次都是113.8~113.8W/m.k
樣品Wafer(Au)是晶圓鍍鎳/鍍金樣品, 利用Hot Disk TPS3500測試熱傳導係數, 樣品測試兩次, 熱傳導係數是109.0~109.1W/m.k,