CN105333992B - 一种测量键合腔中的真空度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量键合腔中的真空度的方法。该方法包括：在待键合的晶片上制备一组测试结构，其中，不同的测试结构内设置有数量不同的真空键合腔体；对待键合的晶片进行键合；对真空键合后的晶片进行切片；分别对每个测试结构进行拉力测试，记录每个测试结构被拉开时的最大拉力Fi；利用每个测试结构被拉开时的最大拉力Fi和每个测试结构的真空键合腔体的数量进行数值拟合，以获得真空键合所形成腔体内的真空度。这种方法避免了传统检测方法中信号噪声多，来源难以分析，测试周期长等缺点，具有实时性好，准确度高的优点。同时，对现有工艺变更小，可实施性强。

Description

一种测量键合腔中的真空度的方法
技术领域
本发明涉及测量真空度的领域，尤其涉及用于测量键合腔中的真空度的方法。
背景技术
晶片键合(wafer bonding)是微机电系统(MEMS)器件制造中非常重要的技术环节。真空键合(vacuum bonding)是键合技术中的一类重要分支。以近年来发展迅速的压力传感器、振荡器等器件为例，它们共同的特点是都需要在键合后形成一个真空腔体，并且腔体内的真空度对保证器件性能指标有十分重要的作用。因此，真空键合及其相关检测技术也越加重要起来。
对真空键合质量的评价，除包括键合精确度、晶片弯曲、剪切测试等几方面要求外，最重要的是加入了对键合所形成器件腔体真空度的评价要求。由于器件腔体内的真空度既直接影响器件的最终性能，又对键合的牢固程度有一定影响，因此一种快速、准确检测键合真空度的方法是非常必要的。
传统的真空度传感器由于体积原因无法植入到键合腔体内，因此目前尚无针对键合器件真空度的直接检测方法，多采用间接检测方法。
图1示出了利用谐振块检测真空度的电路图。这种间接检测通常在器件真空腔中设置一个质量块。利用质量块谐振阻抗与腔内气压的相关性，记录不同电激励信号下，质量块的谐振阻抗，进而通过公式反演得到器件的真空度。
然而，这种检测方法所检测的电信号，不仅受键合器件腔内真空度的影响，同时也受器件自身电学性质的影响。这使得我们无法准确判断电信号变化的来源。当然，也就无从得知在器件键合过程中，工艺变化对所形成腔体真空度的影响。这完全不利于监控和改善键合工艺。
此外，间接检测实时性差，无法在键合完成后立刻进行，必须等器件全部完成。这既耗费大量时间，也不符合批量生产和质量控制的要求。
因此，需要一种能够在键合完成后立刻检测键合腔体内的真空度的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测键合器件真空度的方法。首先在晶片上制备经特殊设计的测试结构。然后，依据真空键合工艺要求，对晶片进行键合。然后，对测试结构进行测试。每个测试结构的键合界面处所能承受的最大拉力可表示为:
Fi＝α·(A-ni·S)+β·[ni·S·(P大气-P真空)]
利用所测得不同测试结构所对应最大拉力，对上述公式进行拟合，即可获得键合器件真空度的准确值。
根据本发明的一个方面，提供一种测量键合腔中的真空度的方法，该方法包括：在待键合的晶片上制备一组测试结构，其中，不同的测试结构内设置有数量不同的真空键合腔体；对待键合的晶片进行键合；对真空键合后的晶片进行切片；分别对每个测试结构进行拉力测试，记录每个测试结构被拉开时的最大拉力Fi；利用每个测试结构被拉开时的最大拉力Fi和每个测试结构的真空键合腔体的数量进行数值拟合，以获得真空键合所形成腔体内的真空度。
根据本发明的一个方面，前述方法中，一组测试结构的数量大于或等于5。
根据本发明的一个方面，前述方法中，真空键合腔体的横截面形状是正方形或圆形。
根据本发明的一个方面，前述方法中，通过热压键合、阳极键合或熔融键合对待键合的晶片进行键合。
根据本发明的一个方面，前述方法中，根据以下公式：
Fi＝α·(A-ni·S)+β·[ni·S·(P大气-P真空)]
进行所述数值拟合，其中Fi表示第i个测试结构所能承受的最大拉力，α·(A-ni·S)为测试结构的键合部分提供的在垂直方向的应力；α为键合工艺参数；A为在整个测试结构的横截面面积；ni为第i个测试结构中的腔体个数；S为每个腔体的顶部横截面面积，β·[ni·S·(P大气-P真空)]为由真空腔体存在内外压力差而产生的向下拉力；β为拟合系数，P大气为测试环境大气压强；P真空为键合所形成真空腔内的压强。
根据本发明的一个方面，前述方法中，P真空表征键合腔中的真空度。
根据本发明的一个方面，前述方法中，数值拟合采用线性拟合。
根据本发明的一个方面，前述方法中，数值拟合是含有指数项的线性拟合。
根据本发明的一个方面，前述方法中，数值拟合采用最小二乘法拟合。
根据本发明的一个方面，前述方法中，每个测试结构的尺寸、材料和膜层叠是相同的。
根据本发明的一个方面，前述方法中，依据管芯的分布及测试结构的分布对晶片进行切片。
根据本发明的一个方面，前述方法中，每个所述真空键合腔体的尺寸等同。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
本发明的方法首次提出了利用经特殊设计的测试结构来检测键合器件真空度的方法。这种方法避免了传统检测方法中信号噪声多，来源难以分析，测试周期长等缺点，具有实时性好，准确度高的优点。同时，对现有工艺变更小，可实施性强。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，放大了层和区域的厚度。相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出了利用谐振块检测真空度的电路图。
图2是根据本发明的用于测试键合腔体内的真空度的原理图。
图3是图2所示的测试结构的键合界面的俯视图。
图4A-4E示出了根据本发明的一个实施例的一组测试结构。
图5示出根据本发明的一个实施例检测真空键合管芯的真空度的方法的流程图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
传统的真空度传感器因体积原因无法植入键合腔体中，而利用谐振块的检测方法中又存在信号噪声多、来源难以分析、测试周期长等缺点。因此，本发明人构想出通过键合腔体本身的结构特征来检测键合腔体内的真空度的方法。
1.检测原理
图2是根据本发明的用于测试键合腔体内的真空度的原理图。图3是图2所示的测试结构的键合界面的俯视图。如图2所示，在对测试结构进行拉力测试过程中，测试结构的键合界面处所能承受的最大拉力可表示为：
Fi＝α·(A-ni·S)+β·[ni·S·(P大气-P真空)]
其中，Fi表示第i个测试结构所能承受的最大拉力，α·(A-ni·S)为测试结构的键合部分提供的在垂直方向的应力；α为键合工艺参数；A为在整个测试结构的横截面面积；ni为第i个测试结构中的腔体个数；S为每个腔体的顶部横截面面积。β·[ni·S·(P大气-P真空)]为由真空腔体存在内外压力差而产生的向下拉力；β为拟合系数，P大气为测试环境大气压强；P真空为键合所形成真空腔内的压强。
由于全部测试结构在同一次真空键合中完成，因此在上述公式中，对于每个测试结构，测试结构的横截面面积S、每个腔体的顶部横截面面积S、环境大气压强P大气为已知常数；键合工艺参数α、拟合系数β和真空腔内的压强P真空为未知常数；(Fi，ni)是对于不同测试结构获得的不同数值。
由于上述公式中存在三个未知常数，因此至少需要三个不同的测试结构，以获取至少三组数值(Fi，ni)，对上述公式进行拟合，从而获得键合所形成真空腔内的压强P真空。在一个实施例中，可选择至少五个不同的测试结构，对上述公式进行拟合。还可以选择更多的测试结构，从而提高拟合的精确性。
2.测试结构设计
对于一般的键合结构，或由于管芯内空腔多，分布不均，会导致拉力测试结果不准确。或者由于共晶键合柱体部分面积过大，会在拉力测试中部分分离而导致真空腔失效。
因此本发明人使用经特定设计的测试结构，从而解决拉力测试准确度及均匀性问题。
图4A-4E示出了根据本发明的一个实施例的一组测试结构。根据实施例，图4A至图4E所示的测试结构401-405的尺寸、材料和膜层叠等可以是相同的，不同之处在于不同的测试结构内设置数量不同的真空键合腔体。在图4A中包含一个真空键合腔体，图4B中包含4个真空键合腔体，图4C中包含6个真空键合腔体，图4D中包含9个真空键合腔体，图4E中包含12个真空键合腔体，其中每个腔体的几何尺寸完全一致。虽然图4A-4E示出了5个测试结构以及圆形的真空键合腔体，然而本发明不限于此。在一个实施例中，所采用的测试结构的数量大于或等于5个。真空键合腔体的横截面形状可以是正方形或圆形等规则图形。
3.检测真空键合器件的真空度的方法
图5示出根据本发明的一个实施例检测真空键合管芯的真空度的方法。
在待键合的晶片上已经形成有各种器件，为了简化本发明的描述，以下内容未描述这些器件的具体结构。待键合的晶片可以是包括半导体元素的晶片，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是包括其它材料的晶片。
首先，在步骤501，在待键合的晶片上制备一组测试结构。该测试结构具有下列特点：a)所有测试结构的尺寸、材料和膜层叠等是相同的；b)不同的测试结构内设置数量不同的真空键合腔体；c)每个真空键合腔体的几何尺寸完全一致；d)该组测试结构的数量大于或等于5。在一个实施例中，该组测试结构可以是如图4A-4E所示的测试结构401-405。在另一个实施例中，真空键合腔体的横截面形状可以是正方形或圆形等规则图形。
在步骤502，对待键合的晶片进行键合。在一个实施例中，键合方法可以是热压键合、阳极键合或熔融键合等。
然后，在步骤503，将真空键合后的晶片切片。根据实施例，可依据管芯的分布及测试结构的分布进行切片。
然后，在步骤504，分别对每个测试结构进行拉力测试。测试方法应符合拉应力测试规范。记录每个测试结构被拉开时的最大拉力Fi。
然后，在步骤505，计算真空键合所形成的腔体的真空度。
根据以下公式
Fi＝α·(A-ni·S)+β·[ni·S·(P大气-P真空)]
Fi表示第i个测试结构测试结构所能承受的最大拉力，α·(A-ni·S)为测试结构的键合部分提供的在垂直方向的应力；α为键合工艺参数；A为在整个测试结构的横截面面积；ni为第i个测试结构中腔体个数；S为每个腔体的顶部横截面面积。β·[ni·S·(P大气-P真空)]为由真空腔体存在内外压力差而产生的向下拉力；β为拟合系数，P大气为测试环境大气压强；P真空为键合所形成真空腔内的压强。对步骤504中所取得的不同测试结构所对应最大拉力进行数值拟合，即可获得真空键合所形成腔体内的真空度(以P真空来表征)。在一个实施例中，所进行的数值拟合采用线性拟合或最小二乘法拟合。在另一个实施例中，所进行的数值拟合是含有指数项的线性拟合。
下面以图4所示的一组测试结构为例，介绍如何获得真空键合所形成的腔体内的真空度。根据标准的拉力测试规程要求，对测试结构401-405进行拉力测试，可获得五个最大拉力F1、F2、F3、F4、F5，同时已知测试结构401-405的相应的腔体个数n1、n2、n3、n4、n5；而测试结构的横截面面积S、每个腔体的顶部横截面面积S、环境大气压强P大气为已知常数；键合工艺参数α、拟合系数β和真空腔内的压强P真空为未知常数。因此利用五组数值(F1，n1)、(F2，n2)、(F3，n3)、(F4，n4)和(F5，n5)对公式Fi＝α·(A-ni·S)+β·[ni·S·(P大气-P真空)]进行线性数值拟合，从而拟合出键合工艺参数α、拟合系数β和真空腔内的压强P真空。
以上描述了本发明的若干实施例。然而，本发明可具体化为其它具体形式而不背离其精神或本质特征。所描述的实施例在所有方面都应被认为仅是说明性而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非前述描述限定。落入权利要求书的等效方案的含义和范围内的所有改变被权利要求书的范围所涵盖。

Claims (12)

1.一种测量键合腔中的真空度的方法，所述方法包括：
在待键合的晶片上制备一组测试结构，其中，不同的测试结构内设置有数量不同的真空键合腔体；
对待键合的晶片进行键合；
对真空键合后的晶片进行切片；
分别对每个测试结构进行拉力测试，记录每个测试结构被拉开时的最大拉力Fi；
利用每个测试结构被拉开时的最大拉力Fi和每个测试结构的真空键合腔体的数量进行数值拟合，以获得真空键合所形成腔体内的真空度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一组测试结构的数量大于或等于5。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空键合腔体的横截面形状是正方形或圆形。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过热压键合、阳极键合或熔融键合对待键合的晶片进行键合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下公式：
Fi＝α·(A-ni·S)+β·[ni·S·(P大气-P真空)]
进行所述数值拟合，其中Fi表示第i个测试结构所能承受的最大拉力，α·(A-ni·S)为测试结构的键合部分提供的在垂直方向的应力；α为键合工艺参数；A为在整个测试结构的横截面面积；ni为第i个测试结构中的腔体个数；S为每个腔体的顶部横截面面积，β·[ni·S·(P大气-P真空)]为由真空腔体存在内外压力差而产生的向下拉力；β为拟合系数，P大气为测试环境大气压强；P真空为键合所形成真空腔内的压强。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，P真空表征键合腔中的真空度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数值拟合采用线性拟合。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数值拟合是含有指数项的线性拟合。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数值拟合采用最小二乘法拟合。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个测试结构的尺寸、材料和膜层叠是相同的。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，依据管芯的分布及测试结构的分布对晶片进行切片。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述真空键合腔体的尺寸等同。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112649076A (zh) * 2020-12-21 2021-04-13 合肥京东方显示技术有限公司 一种标准流量元件及其制备方法、标准流量系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484021A (zh) * 2003-05-15 2004-03-24 厦门大学 聚二甲基硅氧烷芯片低真空键合方法
CN102032970A (zh) * 2009-10-07 2011-04-27 Nxp股份有限公司 Mems压力传感器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004072585A2 (en) * 2003-02-05 2004-08-26 Arizona Board Of Regents Wafer bond strength evaluation apparatus
US7456042B2 (en) * 2006-06-04 2008-11-25 Robert Bosch Gmbh Microelectromechanical systems having stored charge and methods for fabricating and using same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484021A (zh) * 2003-05-15 2004-03-24 厦门大学 聚二甲基硅氧烷芯片低真空键合方法
CN102032970A (zh) * 2009-10-07 2011-04-27 Nxp股份有限公司 Mems压力传感器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
微米尺度下键合强度的评价方法和测试结构;阮勇等;《微电子学与计算机》;20050831;第22卷(第8期);第110-113页 *
用于MEMS器件的键合工艺研究进展;张东梅等;《电子工艺技术》;20051130;第26卷(第6期);第315-318页 *

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