CN103743527A - 利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法。通过与气体填充腔体连接的第一泵将气体填充腔体抽真空，从而在相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的存在供空气流通的缝隙的情况下抽出空间中的气体；向抽完真空的气体填充腔体注入预定气体，从而在相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的存在供空气流通的缝隙的情况下向空间注入预定气体。开启红外光发射器使之向相互键合的第一晶圆和第二晶圆发射红外光，并利用红外接收分析设备对经过相互键合的第一晶圆和第二晶圆以及相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间的光线进行接收和频谱分析。利用频谱分析的结果判断相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的气密性。

Description

利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法。
背景技术
微机电系统（MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystems）是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，它的操作范围在微米范围内。
许多微机电系统要求气密性封装，以防止传感器结构暴露至外界干扰（例如灰尘、湿气、化学物质等）而造成器件故障。
具有多晶圆制造工艺的惯性MEMS器件要求共晶键合工艺来进行气密性封装。因此，需要确保该工艺形成了良好的气密性密封。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明的第一方面，提供了一种利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法，其包括：
第一步骤：提供相互键合的第一晶圆和第二晶圆，其中第一晶圆的第一金属和第二晶圆的第二金属相互键合互连；
第二步骤：将相互键合的第一晶圆和第二晶圆放置在气体填充腔体中；
第三步骤：通过与气体填充腔体连接的第一泵将气体填充腔体抽真空，从而在相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的存在供空气流通的缝隙的情况下抽出相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间中的气体；
第四步骤：向抽完真空的气体填充腔体注入预定气体，从而在相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的存在供空气流通的缝隙的情况下向相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间注入预定气体；
第五步骤：在预定环境气体的气氛下将相互键合的第一晶圆和第二晶圆转移至检测腔体，并且将相互键合的第一晶圆和第二晶圆放置在检测腔体中的红外光发射器和红外接收分析设备之间；
第六步骤：开启红外光发射器使之向相互键合的第一晶圆和第二晶圆发射红外光，并利用红外接收分析设备对经过相互键合的第一晶圆和第二晶圆以及相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间的光线进行接收和频谱分析；
第七步骤：利用频谱分析的结果判断相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的气密性。
优选地，所述预定环境气体的气压大于向抽完真空的气体填充腔体注入预定气体之后气体填充腔体内的气压。
优选地，所述检测腔体中具有预定环境气体，并且所述检测腔体的气压大于向抽完真空的气体填充腔体注入预定气体之后气体填充腔体内的气压。
优选地，所述预定环境气体是惰性气体。
优选地，所述预定环境气体是Ar气。
优选地，所述红外接收分析设备包括红外光接收器和红外光分析器。
优选地，所述红外光接收器接收经过相互键合的第一晶圆和第二晶圆以及相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间的光线。
优选地，所述红外光分析器用于对接收经过相互键合的第一晶圆和第二晶圆以及相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间的光线进行频谱分析。
在根据本发明的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法中，如果相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的气密性很好，则相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空气中没有预定气体，则红外接收分析设备接收到的光线的特性曲线中不会存在与预定气体相对应的特征；反之，如果相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的气密性不好，则相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空气中将存在预定气体，则红外接收分析设备接收到的光线的特性曲线中会存在与预定气体相对应的特征。由此，本发明提供一种能够利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1至图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法的各个步骤。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1至图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法的各个步骤。
具体地说，如图1所示，根据本发明优选实施例的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法包括：
第一步骤：提供相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2，其中第一晶圆W1的第一金属A1和第二晶圆W2的第二金属相互键合互连，如图1所示；
第二步骤：将相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2放置在气体填充腔体600中，如图2所示，
第三步骤：通过与气体填充腔体600连接的第一泵P1将气体填充腔体600抽真空，从而在相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的存在供空气流通的缝隙（即，气密性不好）的情况下抽出相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的空间中的气体；
第四步骤：向抽完真空的气体填充腔体600注入预定气体300，从而在相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的存在供空气流通的缝隙的情况下向相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的空间注入预定气体300，如图2所示；
其中，所述预定气体300对红外线的吸收特性已知或者可单独测量出来的，即，红外线经过所述预定气体300之后的频谱变化是已知的，例如经过预定气体300之后的红外线会出现与所述预定气体300相对应的一个或多个吸收峰。
第五步骤：在预定环境气体800的气氛下将相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2转移至检测腔体700，并且将相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2放置在检测腔体700中的红外光发射器100和红外接收分析设备（200，500）之间；
优选地，所述预定环境气体的气压大于向抽完真空的气体填充腔体600注入预定气体300之后气体填充腔体600内的气压。这样，可以确保注入相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的空间的预定气体300不会跑出来，从而提高分析结果的准确性。
而且，优选地，所述检测腔体700中具有预定环境气体800，并且所述检测腔体700的气压大于向抽完真空的气体填充腔体600注入预定气体300之后气体填充腔体600内的气压。例如，可通过检测腔体700中的第三泵P3进行相应的控制。同样，这样可以确保注入相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的空间的预定气体300不会跑出来，从而提高分析结果的准确性。
具体地说，可以在转移路径中布置第二泵2以控制转移路径800中注入的预定环境气体800的真空度以及气压等。
第六步骤：开启红外光发射器100使之向相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2发射红外光，并利用红外接收分析设备（200，500）对经过相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2以及相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的空间的光线进行接收和频谱分析。
第七步骤：利用频谱分析的结果判断相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的气密性。
具体地说，所述预定气体300对红外线的吸收特性已知或者说是可以单独测量的。由此，在根据本发明优选实施例的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法中，如果相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的气密性很好，则相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的空气中没有预定气体300，则红外接收分析设备接收到的光线的特性曲线中不会存在与预定气体300相对应的特征；反之，如果相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的气密性不好，则相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的空气中将存在预定气体300，则红外接收分析设备接收到的光线的特性曲线中会存在与预定气体300相对应的特征。由此，本发明提供一种能够利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法。
优选地，所述预定环境气体是惰性气体；进一步优选地，所述预定环境气体是Ar气。
优选地，如图3所示，所述红外接收分析设备（200，500）包括红外光接收器200和红外光分析器500，其中红外光接收器200接收经过相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2以及相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的空间的光线，所述红外光分析器500用于对接收经过相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2以及相互键合的第一晶圆W1和第二晶圆W2之间的空间的光线进行频谱分析。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法，其特征在于包括：
第一步骤：提供相互键合的第一晶圆和第二晶圆，其中第一晶圆的第一金属和第二晶圆的第二金属相互键合互连；
第二步骤：将相互键合的第一晶圆和第二晶圆放置在气体填充腔体中；
第三步骤：通过与气体填充腔体连接的第一泵将气体填充腔体抽真空，从而在相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的存在供空气流通的缝隙的情况下抽出相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间中的气体；
第四步骤：向抽完真空的气体填充腔体注入预定气体，从而在相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的存在供空气流通的缝隙的情况下向相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间注入预定气体；
第五步骤：在预定环境气体的气氛下将相互键合的第一晶圆和第二晶圆转移至检测腔体，并且将相互键合的第一晶圆和第二晶圆放置在检测腔体中的红外光发射器和红外接收分析设备之间；
第六步骤：开启红外光发射器使之向相互键合的第一晶圆和第二晶圆发射红外光，并利用红外接收分析设备对经过相互键合的第一晶圆和第二晶圆以及相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间的光线进行接收和频谱分析；
第七步骤：利用频谱分析的结果判断相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的气密性。
2.根据权利要求1所述的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法，其特征在于，所述预定环境气体的气压大于向抽完真空的气体填充腔体注入预定气体之后气体填充腔体内的气压。
3.根据权利要求1或2所述的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法，其特征在于，所述检测腔体中具有预定环境气体，并且所述检测腔体的气压大于向抽完真空的气体填充腔体注入预定气体之后气体填充腔体内的气压。
4.根据权利要求1或2所述的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法，其特征在于，所述预定环境气体是惰性气体。
5.根据权利要求1或2所述的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法，其特征在于，所述预定环境气体是Ar气。
6.根据权利要求1或2所述的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法，其特征在于，所述红外接收分析设备包括红外光接收器和红外光分析器。
7.根据权利要求1或2所述的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法，其特征在于，所述红外光接收器接收经过相互键合的第一晶圆和第二晶圆以及相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间的光线。
8.根据权利要求1或2所述的利用红外光谱检测键合晶圆之间的气密性的方法，其特征在于，所述红外光分析器用于对接收经过相互键合的第一晶圆和第二晶圆以及相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间的光线进行频谱分析。
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