CN110530567A - Soi键合片键合力的检测方法 - Google Patents

Soi键合片键合力的检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110530567A
CN110530567A CN201910811853.6A CN201910811853A CN110530567A CN 110530567 A CN110530567 A CN 110530567A CN 201910811853 A CN201910811853 A CN 201910811853A CN 110530567 A CN110530567 A CN 110530567A
Authority
CN
China
Prior art keywords
soi
bonding
bonding pad
measured
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910811853.6A
Other languages
English (en)
Inventor
朱建
黄健
陈斯琦
唐可
王林军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201910811853.6A priority Critical patent/CN110530567A/zh
Publication of CN110530567A publication Critical patent/CN110530567A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/24Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed
    • G01L5/246Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed using acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/06Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0609Display arrangements, e.g. colour displays
    • G01N29/0645Display representation or displayed parameters, e.g. A-, B- or C-Scan
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/06Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654Imaging
    • G01N29/0663Imaging by acoustic holography
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023Solids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02827Elastic parameters, strength or force
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26Scanned objects
    • G01N2291/269Various geometry objects
    • G01N2291/2697Wafer or (micro)electronic parts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种SOI键合片键合力的检测方法,能够对SOI键合片的键合力进行检测。本发明的测试过程包括待测SOI键合片的制备,超声波扫描显微镜的准备,刀片插入过程,测试过程等四个主要步骤。本发明方法测试过程简单易操作,对测试片损伤较小,得到的图片测试结果易于计算及分析。本发明方法采用超声波扫描显微镜来测量裂纹长度,相对于其他方法操作简便易于实施;本发明方法得到的检测结果更加直观,能得到的是直观的图像和分析,能得到键合面的具体细节特性及缺陷分布,分析与计算更加简便。

Description

SOI键合片键合力的检测方法
技术领域
本发明涉及一种电子器件的功能层的键合强度测试方法,特别是涉及一种制备电子器件的键合片键合力的检测方法,应用于半导体制造和检测技术领域。
背景技术
SOI(Silicon on Insulator)是指绝缘层上的硅。其结构多为以绝缘层为中间层(称为埋层,传统SOI的绝缘层一般为SiO2)的三明治结构。常用的SOI制备方法有BESOI(Bonding and Etchback SOI)、SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)、Smart-cut等。
BESOI通过在硅和二氧化硅或二氧化硅和二氧化硅之间使用键合技术,两个圆片能够紧密键合在一起,并且在中间形成二氧化硅层充当绝缘层。将键合圆片一侧通过腐蚀、研磨减薄到所要求的厚度后得以制成。在键合技术中,键合强度是一个非常重要的参数。它是关系到键合好坏的一个技术指标键合强度小,在加工过程中键合片很有可能会开裂,导致失效只有键合强度大,才能保证产品的成品率和质量。
键合强度测试是表征硅键合片键合质量的重要手段。对于键合强度的测量,现在已有很多种方法,有的是破坏性的,有的是非破坏性的,但是还存在很多问题。数据是在各自不同的工艺条件、试样尺寸和测试仪器下获得的,缺乏通用性和权威性。而且,至今没有一个统一的标准来进行表征,有的方法是用使键合界面开裂所作的功来表征,有的方法是用使键合界面开裂所用的力来表征。
测量表面能最传统的方法是裂纹传播扩散法(俗称刀片插入法)。刀片插入键合面后,由键合片分开部分的弹性力和开裂顶端的键合力相平衡的原理建立方程,从而得到键合片的平均表面能。因此,只要知道硅片的杨氏模量并测量出硅片厚度、刀片厚度和裂纹长度就可计算出键合力。裂纹长度一般用红外透射等方法进行测量,但红外透射能力容易受到限制,存在环境干扰,容易导致误差的出现。
超声波扫描显微镜(C-SAM,C-mode Scanning Acoustic Microscope)是利用超声波脉冲探测样品内部空隙等缺陷的仪器。C-SAM利用纯水当介质传输超声波信号,当信号遇到不同材料的界面时会部分反射及透射,此种反射波或透射波强度会因为材料密度不同而有所差异,进而检验材料内部的缺陷,并依据所接收的信号变化将缺陷成像。但其分辨率不够高,一些过小的缺陷不易被发现,所以只有在满足对应检测精度要求的领域才能适用。
发明内容
为了解决现有技术问题,本发明的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种SOI键合片键合力的检测方法,能够对SOI键合片的键合力进行检测,本发明的测试过程包括待测SOI键合片的制备,超声波扫描显微镜的准备,刀片插入过程,测试过程等四个主要步骤。本发明方法测试过程简单易操作,对测试片损伤较小,得到的图片测试结果易于计算及分析,本发明检测方法相对于其他方法操作简便易于实施。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种SOI键合片键合力的检测方法,通过检测插入SOI键合片的键合界面的刀片所造成的键合片裂纹长度,进而计算得到待测SOI预键合片的键合力,包括如下步骤:
a.待测SOI键合片的准备:
选择平面最大尺寸为6寸或8寸的SOI键合片作为待测样品,其中两个键合片的厚度为650-700微米,作为待测SOI键合片;优选采用厚度为663-675微米的两个键合片制成的平面最大尺寸为6寸或8寸的SOI键合片,作为待测SOI键合片样品;优选SOI键合片为BESOI方法采用注入氧化退火工艺方法,键合面为二氧化硅和二氧化硅键合;
b.超声波扫描显微镜的准备:
在样品槽中加入去离子水,确保从样品槽中去离子水的液面高度不低于5厘米,在确保样品槽中没有样品的情况下,打开电脑端的WINSAM操作软件进行软件的初始化,在软件的初始化过程中,超声波扫描显微镜的扫描机构按照扫描范围的最大范围扫描一遍,最后停留在样品槽中间,完成超声波扫描显微镜的准备程序;优选样品槽中去离子水的液面高度大于5厘米;
c.刀片插入过程:
在步骤a中准备的待测预键合SOI片边缘有明显缝隙,刀具刃口厚度比待测预键合SOI片边缘缝隙宽度更薄,且刀具厚度不超过60微米,且刀具厚度误差为±1微米;在洁净平整操作台面上平置待测SOI预键合片,将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙,以均匀速度插入刀具,刀具插入长度不超过1.5毫米;优选将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙时,以慢的均匀速度插入刀具,是为了使待测SOI预键合片键合面缝隙缓慢生长和延伸,减少实验误差,提高实验对现实SOI键合片键合力进行再现和还原的准确度;将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙,以均匀速度插入刀具,优选刀具插入长度为1.2-1.5毫米;优选刀具厚度为50-60微米,且刀具厚度误差为±1微米,刀具厚度低于50微米,则刀具整体强度不能满足要求,而当刀具厚度大于60微米,则刀具对裂缝的生长增加了膨胀做功因素的影响,产生了新的误差;预键合SOI片边缘会有明显缝隙,一般在几十微米,刀具刃口厚度更薄,刀具整体厚度不超过60微米;
d.SOI键合片键合力的测试过程:
将在步骤c中插入刀具的预键合SOI片放入在步骤b中转备好的超声波扫描显微镜的样品槽中,以均匀速度置入水中,与样品槽6寸或8寸置物台轮廓对齐;然后设置扫描范围150-250毫米,校准波形,使上表面峰在6000~6200纳秒位置,选择上表面峰为标准峰,选取上表面峰与下表面峰之间为信号采集区域,用C-Scan模式进行扫描,得到待测SOI预键合片的待测图像,从而得到刀片插入长度以及键合片裂纹长度,在通过计算得到待测SOI预键合片的键合力。将插入刀具的预键合SOI片放入超声波扫描显微镜的样品槽中,优选置入水中时速度慢且均匀,保证水流的阻力和水压力不会对插入刀具的预键合SOI片产生外力影响,从而产生外部因素引起的误差,提高实验对现实SOI键合片键合力进行再现和还原的准确度。调试扫描仪使键合片上表面反射波反射时间在6000-6200ns段,选定上表面峰为标准峰,所得测试图样更为清晰。
计算键合力的方法于1988年由Maszara提出,已知刀片厚度h,键合片1厚度t1和杨氏模量E1,键合片2厚度t2和杨氏模量E2,刀片插入后裂纹长度L,利用键合片分开部分的弹性力和开裂顶端的键合力相平衡的原理建立方程,从而得到键合片的平均表面能:
并计算得出所测得的键合片的键合力。
作为本发明优选的技术方案,在步骤a中,采用BESOI制备工艺方法,制备待测预键合SOI片,首先对平面最大尺寸为6寸或8寸的device片进行氧注入,并进行退火,选择厚度为650-700微米的device片,在device片表面形成厚度为420-450纳米的氧化层,氧化注入层形成厚度90-110纳米的氧化层,两氧化层间的硅厚度为180-210纳米,其配对键合的最大尺寸为6寸或8寸的handle片厚度为650-700微米,对其进行表面氧化形成50-80纳米的氧化层;然后将device片和handle片在键合机中进行常温键合,得到待测SOI键合片。作为本发明优选的技术方案,SOI键合片为BESOI方法采用注入氧化退火工艺方法,键合面为二氧化硅和二氧化硅键合。对device片进行氧注入时,采用一定剂量的氧注入,保证有效获取所需厚度尺寸的待配合device片,以便BESOI制备工艺制备合乎规格要求的待测SOI键合片样品。
本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明方法采用超声波扫描显微镜来测量裂纹长度,相对于其他方法操作简便易于实施;本发明方法得到的检测结果更加直观,能得到的是直观的图像和分析,能得到键合面的具体细节特性及缺陷分布,易于分析与计算;
2.本发明方法相对于其他对硅片有破坏性的检测方法,本发明方法对键合片损伤较小,破坏性较小,只对刀具插入位置造成些许划伤;
3.本发明方法操作简便,效率高,易于实施,适合推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例一方法将SOI预键合片刀具插入后的SAM图。
图2为本发明实施例二方法将SOI预键合片刀具插入后的SAM图。
图3为本发明实施例三方法将SOI预键合片刀具插入后的SAM图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明,本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中,一种SOI键合片键合力的检测方法,通过检测插入SOI键合片的键合界面的刀片所造成的键合片裂纹长度,进而计算得到待测SOI预键合片的键合力,包括如下步骤:
a.待测SOI键合片的准备:
采用BESOI制备工艺方法,制备待测预键合SOI片,首先对平面最大尺寸为6寸且厚度为675微米的device片进行氧注入,并进行退火,在device片表面形成厚度为435纳米的氧化层,氧化注入层形成厚度100纳米的氧化层,两氧化层间的硅厚度为195纳米,其配对键合的最大尺寸为6寸且厚度为675微米的handle片,对其进行表面氧化形成65纳米的氧化层;然后将device片和handle片在键合机中进行常温键合,得到待测SOI键合片;SOI键合片为BESOI方法采用注入氧化退火工艺方法,键合面为二氧化硅和二氧化硅键合;
b.超声波扫描显微镜的准备:
在样品槽中加入去离子水,确保从样品槽中去离子水的液面高度大于5厘米,在确保样品槽中没有样品的情况下,打开电脑端的WINSAM操作软件进行软件的初始化,在软件的初始化过程中,超声波扫描显微镜的扫描机构按照扫描范围的最大范围扫描一遍,最后停留在样品槽中间,完成超声波扫描显微镜的准备程序;
c.刀片插入过程:
在步骤a中准备的待测预键合SOI片边缘有明显缝隙,刀具刃口厚度比待测预键合SOI片边缘缝隙宽度更薄,且刀具厚度为60微米;在洁净平整操作台面上平置待测SOI预键合片,将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙,以慢的均匀速度插入刀具,刀具插入长度为1.3毫米;将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙时,以慢的均匀速度插入刀具,是为了使待测SOI预键合片键合面缝隙缓慢生长和延伸,减少实验误差,提高实验对现实SOI键合片键合力进行再现和还原的准确度;
d.SOI键合片键合力的测试过程:
将在步骤c中插入刀具的预键合SOI片放入在步骤b中转备好的超声波扫描显微镜的样品槽中,以慢且均匀速度置入水中,与样品槽6寸置物台轮廓对齐;然后设置扫描范围为150毫米,校准波形,使上表面峰在6100纳秒位置,选择上表面峰为标准峰,选取上表面峰与下表面峰之间为信号采集区域,用C-Scan模式进行扫描,得到待测SOI预键合片的待测图像,从而得到刀片插入长度以及键合片裂纹长度,在通过计算得到待测SOI预键合片的键合力。将插入刀具的预键合SOI片放入超声波扫描显微镜的样品槽中,置入水中时速度慢且均匀,保证水流的阻力和水压力不会对插入刀具的预键合SOI片产生外力影响,从而产生外部因素引起的误差,提高实验对现实SOI键合片键合力进行再现和还原的准确度。
计算键合力的方法于1988年由Maszara提出,已知刀片厚度h,键合片1厚度t1和杨氏模量E1,键合片2厚度t2和杨氏模量E2,刀片插入后裂纹长度L,利用键合片分开部分的弹性力和开裂顶端的键合力相平衡的原理建立方程,从而得到键合片的平均表面能:
并计算得出所测得的键合片的键合力。
有关本实施例测试所得SOI键合片键合力超声波扫描显微镜所得附图的解释说明如下:
图1为675微米厚度键合片键合的SOI片的超声波扫描显微镜检测图,图1中刀具插入长度为1.3毫米,裂纹长度为28.8毫米,刀具厚度测量得60微米,由公式计算得该实例键合力为0.024焦每平方米。
本实施和里方法采用超声波扫描显微镜来测量裂纹长度。超声波扫描显微镜(C-SAM,C-mode Scanning Acoustic Microscope)是利用超声波脉冲探测样品内部空隙等缺陷的仪器。C-SAM利用纯水当介质传输超声波信号,当信号遇到不同材料的界面时会部分反射及透射,此种反射波或透射波强度会因为材料密度不同而有所差异,进而检验材料内部的缺陷,并依据所接收的信号变化将缺陷成像。本实施例检测方法相对于其他方法操作简便易于实施。同时对键合片损伤较小,得到的检测结果更加直观,易于分析与计算。
实施例二:
本实施例与实施例一基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种SOI键合片键合力的检测方法,通过检测插入SOI键合片的键合界面的刀片所造成的键合片裂纹长度,进而计算得到待测SOI预键合片的键合力,包括如下步骤:
a.待测SOI键合片的准备:
采用BESOI制备工艺方法,制备待测预键合SOI片,首先对平面最大尺寸为6寸且厚度为670微米的device片进行氧注入,并进行退火,在device片表面形成厚度为435纳米的氧化层,氧化注入层形成厚度100纳米的氧化层,两氧化层间的硅厚度为195纳米,其配对键合的最大尺寸为6寸且厚度为670微米的handle片,对其进行表面氧化形成65纳米的氧化层;然后将device片和handle片在键合机中进行常温键合,得到待测SOI键合片;SOI键合片为BESOI方法采用注入氧化退火工艺方法,键合面为二氧化硅和二氧化硅键合;
b.超声波扫描显微镜的准备:本步骤与实施例一相同;
c.刀片插入过程:
在步骤a中准备的待测预键合SOI片边缘有明显缝隙,刀具刃口厚度比待测预键合SOI片边缘缝隙宽度更薄,且刀具厚度为60微米;在洁净平整操作台面上平置待测SOI预键合片,将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙,以慢的均匀速度插入刀具,刀具插入长度为1.2毫米;将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙时,以慢的均匀速度插入刀具,是为了使待测SOI预键合片键合面缝隙缓慢生长和延伸,减少实验误差,提高实验对现实SOI键合片键合力进行再现和还原的准确度;
d.SOI键合片键合力的测试过程:
将在步骤c中插入刀具的预键合SOI片放入在步骤b中转备好的超声波扫描显微镜的样品槽中,以慢且均匀速度置入水中,与样品槽6寸置物台轮廓对齐;然后设置扫描范围为150毫米,校准波形,使上表面峰在6100纳秒位置,选择上表面峰为标准峰,选取上表面峰与下表面峰之间为信号采集区域,用C-Scan模式进行扫描,得到待测SOI预键合片的待测图像,从而得到刀片插入长度以及键合片裂纹长度,在通过计算得到待测SOI预键合片的键合力。将插入刀具的预键合SOI片放入超声波扫描显微镜的样品槽中,置入水中时速度慢且均匀,保证水流的阻力和水压力不会对插入刀具的预键合SOI片产生外力影响,从而产生外部因素引起的误差,提高实验对现实SOI键合片键合力进行再现和还原的准确度。
计算键合力的方法于1988年由Maszara提出,已知刀片厚度h,键合片1厚度t1和杨氏模量E1,键合片2厚度t2和杨氏模量E2,刀片插入后裂纹长度L,利用键合片分开部分的弹性力和开裂顶端的键合力相平衡的原理建立方程,从而得到键合片的平均表面能:
并计算得出所测得的键合片的键合力。
有关本实施例测试所得SOI键合片键合力超声波扫描显微镜所得附图的解释说明如下:
图2为670微米厚度键合片键合的SOI片的超声波扫描显微镜检测图,图2中刀具插入长度为1.2毫米,裂纹长度为27.6毫米,刀具厚度测量得60微米,由公式计算得该实例键合力为0.023焦每平方米。
本实施和里方法采用超声波扫描显微镜来测量裂纹长度。超声波扫描显微镜(C-SAM,C-mode Scanning Acoustic Microscope)是利用超声波脉冲探测样品内部空隙等缺陷的仪器。C-SAM利用纯水当介质传输超声波信号,当信号遇到不同材料的界面时会部分反射及透射,此种反射波或透射波强度会因为材料密度不同而有所差异,进而检验材料内部的缺陷,并依据所接收的信号变化将缺陷成像。本实施例检测方法相对于其他方法操作简便易于实施。同时对键合片损伤较小,得到的检测结果更加直观,易于分析与计算。
实施例三:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种SOI键合片键合力的检测方法,通过检测插入SOI键合片的键合界面的刀片所造成的键合片裂纹长度,进而计算得到待测SOI预键合片的键合力,包括如下步骤:
a.待测SOI键合片的准备:
采用BESOI制备工艺方法,制备待测预键合SOI片,首先对平面最大尺寸为6寸且厚度为663微米的device片进行氧注入,并进行退火,在device片表面形成厚度为435纳米的氧化层,氧化注入层形成厚度100纳米的氧化层,两氧化层间的硅厚度为195纳米,其配对键合的最大尺寸为6寸且厚度为663微米的handle片,对其进行表面氧化形成65纳米的氧化层;然后将device片和handle片在键合机中进行常温键合,得到待测SOI键合片;SOI键合片为BESOI方法采用注入氧化退火工艺方法,键合面为二氧化硅和二氧化硅键合;
b.超声波扫描显微镜的准备:本步骤与实施例一相同;
c.刀片插入过程:
在步骤a中准备的待测预键合SOI片边缘有明显缝隙,刀具刃口厚度比待测预键合SOI片边缘缝隙宽度更薄,且刀具厚度为60微米;在洁净平整操作台面上平置待测SOI预键合片,将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙,以慢的均匀速度插入刀具,刀具插入长度为1.5毫米;将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙时,以慢的均匀速度插入刀具,是为了使待测SOI预键合片键合面缝隙缓慢生长和延伸,减少实验误差,提高实验对现实SOI键合片键合力进行再现和还原的准确度;
d.SOI键合片键合力的测试过程:
将在步骤c中插入刀具的预键合SOI片放入在步骤b中转备好的超声波扫描显微镜的样品槽中,以慢且均匀速度置入水中,与样品槽6寸置物台轮廓对齐;然后设置扫描范围为150毫米,校准波形,使上表面峰在6100纳秒位置,选择上表面峰为标准峰,选取上表面峰与下表面峰之间为信号采集区域,用C-Scan模式进行扫描,得到待测SOI预键合片的待测图像,从而得到刀片插入长度以及键合片裂纹长度,在通过计算得到待测SOI预键合片的键合力。将插入刀具的预键合SOI片放入超声波扫描显微镜的样品槽中,置入水中时速度慢且均匀,保证水流的阻力和水压力不会对插入刀具的预键合SOI片产生外力影响,从而产生外部因素引起的误差,提高实验对现实SOI键合片键合力进行再现和还原的准确度。
计算键合力的方法于1988年由Maszara提出,已知刀片厚度h,键合片1厚度t1和杨氏模量E1,键合片2厚度t2和杨氏模量E2,刀片插入后裂纹长度L,利用键合片分开部分的弹性力和开裂顶端的键合力相平衡的原理建立方程,从而得到键合片的平均表面能:
并计算得出所测得的键合片的键合力。
有关本实施例测试所得SOI键合片键合力超声波扫描显微镜所得附图的解释说明如下:
图3为663微米厚度键合片键合的SOI片的超声波扫描显微镜检测图,图3中刀具插入长度为1.5毫米,裂纹长度为31.2毫米,刀具厚度测量得60微米,由公式计算得该实例键合力为0.017焦每平方米。
本实施和里方法采用超声波扫描显微镜来测量裂纹长度。超声波扫描显微镜(C-SAM,C-mode Scanning Acoustic Microscope)是利用超声波脉冲探测样品内部空隙等缺陷的仪器。C-SAM利用纯水当介质传输超声波信号,当信号遇到不同材料的界面时会部分反射及透射,此种反射波或透射波强度会因为材料密度不同而有所差异,进而检验材料内部的缺陷,并依据所接收的信号变化将缺陷成像。本实施例检测方法相对于其他方法操作简便易于实施。同时对键合片损伤较小,得到的检测结果更加直观,易于分析与计算。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明,但本发明不限于上述实施例,还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化,凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,只要不背离本发明SOI键合片键合力的检测方法的技术原理和发明构思,都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种SOI键合片键合力的检测方法,其特征在于,通过检测插入SOI键合片的键合界面的刀片所造成的键合片裂纹长度,进而计算得到待测SOI预键合片的键合力,包括如下步骤:
a.待测SOI键合片的准备:
选择平面最大尺寸为6寸或8寸的SOI键合片作为待测样品,其中两个键合片的厚度为650-700微米,作为待测SOI键合片;
b.超声波扫描显微镜的准备:
在样品槽中加入去离子水,确保从样品槽中去离子水的液面高度不低于5厘米,在确保样品槽中没有样品的情况下,打开电脑端的WINSAM操作软件进行软件的初始化,在软件的初始化过程中,超声波扫描显微镜的扫描机构按照扫描范围的最大范围扫描一遍,最后停留在样品槽中间,完成超声波扫描显微镜的准备程序;
c.刀片插入过程:
在所述步骤a中准备的待测预键合SOI片边缘有明显缝隙,刀具刃口厚度比待测预键合SOI片边缘缝隙宽度更薄,且刀具厚度不超过60微米,且刀具厚度误差为±1微米;在洁净平整操作台面上平置待测SOI预键合片,将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙,以均匀速度插入刀具,刀具插入长度不超过1.5毫米;
d.SOI键合片键合力的测试过程:
将在所述步骤c中插入刀具的预键合SOI片放入在所述步骤b中转备好的超声波扫描显微镜的样品槽中,以均匀速度置入水中,与样品槽6寸或8寸置物台轮廓对齐;然后设置扫描范围150-250毫米,校准波形,使上表面峰在6000~6200纳秒位置,选择上表面峰为标准峰,选取上表面峰与下表面峰之间为信号采集区域,用C-Scan模式进行扫描,得到待测SOI预键合片的待测图像,从而得到刀片插入长度以及键合片裂纹长度,在通过计算得到待测SOI预键合片的键合力。
2.根据权利要求1所述SOI键合片键合力的检测方法,其特征在于:在所述步骤a中,采用BESOI制备工艺方法,制备待测预键合SOI片,首先对平面最大尺寸为6寸或8寸的device片进行氧注入,并进行退火,选择厚度为650-700微米的device片,在device片表面形成厚度为420-450纳米的氧化层,氧化注入层形成厚度90-110纳米的氧化层,两氧化层间的硅厚度为180-210纳米,其配对键合的最大尺寸为6寸或8寸的handle片厚度为650-700微米,对其进行表面氧化形成50-80纳米的氧化层;然后将device片和handle片在键合机中进行常温键合,得到待测SOI键合片。
3.根据权利要求1所述SOI键合片键合力的检测方法,其特征在于:在所述步骤a中,采用厚度为663-675微米的两个键合片制成的平面最大尺寸为6寸或8寸的SOI键合片,作为待测SOI键合片样品。
4.根据权利要求2所述SOI键合片键合力的检测方法,其特征在于:在所述步骤a中,所述SOI键合片为BESOI方法采用注入氧化退火工艺方法,键合面为二氧化硅和二氧化硅键合。
5.根据权利要求1所述SOI键合片键合力的检测方法,其特征在于:在所述步骤b中,样品槽中去离子水的液面高度大于5厘米。
6.根据权利要求1所述SOI键合片键合力的检测方法,其特征在于:在所述步骤c中,将刀具刃口对准待测SOI预键合片键合面缝隙,以均匀速度插入刀具,刀具插入长度为1.2-1.5毫米。
7.根据权利要求1所述SOI键合片键合力的检测方法,其特征在于:在所述步骤c中,刀具厚度为50-60微米,且刀具厚度误差为±1微米。
CN201910811853.6A 2019-08-30 2019-08-30 Soi键合片键合力的检测方法 Pending CN110530567A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910811853.6A CN110530567A (zh) 2019-08-30 2019-08-30 Soi键合片键合力的检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910811853.6A CN110530567A (zh) 2019-08-30 2019-08-30 Soi键合片键合力的检测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110530567A true CN110530567A (zh) 2019-12-03

Family

ID=68665369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910811853.6A Pending CN110530567A (zh) 2019-08-30 2019-08-30 Soi键合片键合力的检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110530567A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111458289A (zh) * 2020-04-03 2020-07-28 长江存储科技有限责任公司 键合能的测试设备及方法、键合设备工艺参数确定方法
CN112701058A (zh) * 2020-12-30 2021-04-23 长春长光圆辰微电子技术有限公司 晶圆键合力的测试方法
CN114252017A (zh) * 2021-12-24 2022-03-29 上海芯物科技有限公司 硅片键合力量测装置及量测方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105226004A (zh) * 2015-10-19 2016-01-06 上海华力微电子有限公司 具有应力集中结构的soi晶圆的制造方法
CN106409649A (zh) * 2015-07-30 2017-02-15 沈阳硅基科技有限公司 一种多层soi材料及其制备方法
CN109216223A (zh) * 2018-09-03 2019-01-15 德淮半导体有限公司 晶圆键合能检测装置以及晶圆键合能的测量方法
CN109524321A (zh) * 2018-11-16 2019-03-26 上海华力微电子有限公司 一种键合强度的测量方法及采用该测量方法的键合晶圆
CN109540786A (zh) * 2018-11-16 2019-03-29 上海华力微电子有限公司 一种测量键合强度的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106409649A (zh) * 2015-07-30 2017-02-15 沈阳硅基科技有限公司 一种多层soi材料及其制备方法
CN105226004A (zh) * 2015-10-19 2016-01-06 上海华力微电子有限公司 具有应力集中结构的soi晶圆的制造方法
CN109216223A (zh) * 2018-09-03 2019-01-15 德淮半导体有限公司 晶圆键合能检测装置以及晶圆键合能的测量方法
CN109524321A (zh) * 2018-11-16 2019-03-26 上海华力微电子有限公司 一种键合强度的测量方法及采用该测量方法的键合晶圆
CN109540786A (zh) * 2018-11-16 2019-03-29 上海华力微电子有限公司 一种测量键合强度的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111458289A (zh) * 2020-04-03 2020-07-28 长江存储科技有限责任公司 键合能的测试设备及方法、键合设备工艺参数确定方法
CN112701058A (zh) * 2020-12-30 2021-04-23 长春长光圆辰微电子技术有限公司 晶圆键合力的测试方法
CN112701058B (zh) * 2020-12-30 2022-09-02 长春长光圆辰微电子技术有限公司 晶圆键合力的测试方法
CN114252017A (zh) * 2021-12-24 2022-03-29 上海芯物科技有限公司 硅片键合力量测装置及量测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110530567A (zh) Soi键合片键合力的检测方法
Aymerich et al. Ultrasonic evaluation of matrix damage in impacted composite laminates
CN107747922B (zh) 一种基于激光超声的亚表面缺陷埋藏深度的测量方法
US5631425A (en) Method for identifying molding compound using an acoustic microscope
Chakrapani et al. Crack detection in full size Cz-silicon wafers using lamb wave air coupled ultrasonic testing (LAC-UT)
CN108872380A (zh) 多层粘接构件的粘接缺陷检测方法
CN110726772B (zh) 一种超声体波相位谱无损测量涂层界面结合强度的方法
US7013732B2 (en) Method and apparatus for temperature-controlled ultrasonic inspection
CN110349877B (zh) 检测晶圆键合强度的方法及晶圆键合机台
CN103033153B (zh) 扫描超声波显微镜同时测量薄层材料机械特性参数的方法
CN109115872A (zh) 一种粘接质量的超声检测方法
CN108918667A (zh) 一种楔体缺陷检测方法
CN106370733B (zh) 一种基于超声回波特征的焊点质量评价标准建立方法
CN106680821A (zh) NiCoCrAlYTa六元涂等离子喷涂涂层厚度超声无损检测方法
CN105973992A (zh) 环氧浇注绝缘件微小气孔缺陷的超声小波检测方法
CN112858474A (zh) 一种陶瓷岩板应力的超声测试方法及测试系统
Ma et al. Application of C-mode scanning acoustic microscopy in packaging
CN105424796B (zh) 倒装焊器件内部检测方法
CN109115888A (zh) 一种声发射探头类型的选择方法
Siddiolo et al. Wooden panel paintings investigation: an air-coupled ultrasonic imaging approach
CN107449379A (zh) 用于sim卡芯片的无损测量方法
TW200918891A (en) The depth spectrum of the impact echo test
Tittmann et al. Acoustic microscopy
Rajaram et al. Application of B-Scan SAT Mode, an Acoustic Cross Section Technique to Analyze Packaged Components beyond Delamination
Zhu et al. Microstructure size measurement based on C-scan image of scanning acoustic microscopy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191203