CN113782463A - 一种键合强度的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种键合强度的测试方法，包括：提供待键合晶圆，所述待键合晶圆包括N个键合区域，每个所述键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，其中，N为大于或等于2的整数；将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，得到键合晶圆；分别检测所述键合晶圆的各个键合区域之间的键合强度。本申请实施例提供的键合强度的测试方法，通过在待键合晶圆上划分多个键合区域，以获得多种不同尺寸的键合焊垫，将至少两个待键合晶圆的通过键合区域进行键合后得到键合晶圆，仅使用一个键合晶圆即能够获得具有不同尺寸的键合焊垫的多个键合区域之间的键合强度，从而在增加测试数据的同时，还能够节省成本。

Description

一种键合强度的测试方法
技术领域
本申请实施例涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种键合强度的测试方法。
背景技术
晶圆键合技术(wafer bonding technology)是指通过化学和物理作用将两个晶圆紧密地结合起来，晶圆结合后，界面处的原子受到外力的作用而产生反应形成共价键结合成一体，并使得结合界面达到特定的键合强度。其中，晶圆键合技术可分为四类，包括粘合剂和阳极键合、直接晶圆键合、金属晶圆键合和混合键合(hybrid bonding，HB)。
在晶圆键合技术中，键合强度是表征键合效果的一项重要技术指标。如果键合强度过小，在加工过程中，相互键合的两个晶圆很可能会开裂，导致失效。因此，有必要对键合晶圆的键合强度进行测试，以评价键合晶圆的键合效果是否满足后序工艺的要求。
目前，晶圆键合强度的测试方法有待进一步的优化。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例为解决现有技术中存在的至少一个技术问题而提供一种键合强度的测试方法。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种键合强度的测试方法，包括：
提供待键合晶圆，所述待键合晶圆包括N个键合区域，每个所述键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，其中，N为大于或等于2的整数；
将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，得到键合晶圆；
分别检测所述键合晶圆的各个键合区域之间的键合强度。
根据本申请的一种实施方式，所述方法还包括：
根据各个键合区域之间的键合强度，确定最佳的键合区域组合；
根据最佳的键合区域组合，确定该最佳的键合区域组合对应的键合焊垫组合。
根据本申请的一种实施方式，所述将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，包括：
对至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫尺寸相同的键合区域进行键合。
根据本申请的一种实施方式，所述方法还包括：
检测得到N个键合强度；
其中，每个所述键合强度对应一键合焊垫尺寸相同的键合区域组合；每个所述键合区域组合对应一尺寸相同的键合焊垫组合。
根据本申请的一种实施方式，所述对至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫尺寸相同的键合区域进行键合，包括：
使得至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫之间具有预设偏移量后进行键合。
根据本申请的一种实施方式，所述预设偏移量不为零的情况下，所述方法还包括：
根据所述键合强度以及所述键合焊垫之间的键合面积，得到所述键合强度与所述键合面积的关联关系。
根据本申请的一种实施方式，所述将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，包括：
对至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫尺寸不同的键合区域进行键合。
根据本申请的一种实施方式，所述方法还包括：
检测得到N*(N-1)个键合强度；
其中，每个所述键合强度对应一键合焊垫尺寸不同的键合区域组合；每个所述键合区域组合对应一尺寸不同的键合焊垫组合。
根据本申请的一种实施方式，所述每个所述键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，包括：每个所述键合区域上的键合焊垫的形状不同或每个所述键合区域上的键合焊垫的面积不同。
根据本申请的一种实施方式，每个所述键合区域的面积相等。
根据本申请的一种实施方式，每个所述键合区域上的键合焊垫的数量相等。
根据本申请的一种实施方式，每个所述键合区域上的键合焊垫沿所述待键合晶圆的半径方向呈镜像对称。
根据本申请的一种实施方式，所述分别检测所述键合晶圆的各个键合区域之间的键合强度，包括：
通过裂纹传播扩散法、直拉法、微楔形槽测试法、静态油压测试法、四点弯曲测试法、超声波测试法或颗粒法测量所述键合强度。
本申请实施例提供了一种键合强度的测试方法，包括：提供待键合晶圆，所述待键合晶圆包括N个键合区域，每个所述键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，其中，N为大于或等于2的整数；将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，得到键合晶圆；分别检测所述键合晶圆的各个键合区域之间的键合强度。本申请实施例提供的键合强度的测试方法，通过在待键合晶圆上划分多个键合区域，以获得多种不同尺寸的键合焊垫，将至少两个待键合晶圆的通过键合区域进行键合后得到键合晶圆，仅使用一个键合晶圆即能够获得具有不同尺寸的键合焊垫的多个键合区域之间的键合强度，从而在增加测试数据的同时，还能够节省成本。
附图说明
图1为本申请实施例提供的键合强度的测试方法的流程图；
图2为包括两个键合区域的待键合晶圆的结构示意图；
图3为包括四个键合区域的待键合晶圆的结构示意图；
图4和图5为包括四种不同尺寸的键合焊垫的待键合晶圆的结构示意图；
图6为包括四个区域的掩膜的结构示意图；
图7为键合晶圆的剖面示意图；
图8为本申请实施例提供的键合强度的测试方法的简化结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种待键合晶圆的简化结构示意图；
图10为本申请的一种实施方式提供的键合晶圆的简化剖面示意图；
图11为本申请的另一种实施方式提供的键合晶圆的简化剖面示意图；
图12为本申请的又一种实施方式提供的键合晶圆的简化剖面示意图；
图13为本申请的又一种实施方式提供的键合晶圆的简化剖面示意图；
图14为本申请实施例提供的待键合晶圆的键合区域上键合焊垫的分布示意图；
图15为本申请实施例提供的另一种待键合晶圆的结构示意图；
图中包括：21、41、141、241-第一键合区域；22、42、142、242-第二键合区域；43、143、243-第三键合区域；44、144、244-第四键合区域；30-芯片；81、181、281、81’-72、81’-55、81’-17-第一键合焊垫；82、182、282、82’-72、82’-55、82’-17-第二键合焊垫；83、83’、183、283-第三键合焊垫；84、84’、184、284-第四键合焊垫；50-掩膜；51-第一区域；52-第二区域；53-第三区域；54-第四区域；100-第一待键合晶圆；101-第一键合层；102-第一介质层；103-第一键合点；200-第二待键合晶圆；201-第一键合层；202-第二介质层；203-第二键合点；t1-第一待键合晶圆的厚度；t2-第二待键合晶圆的厚度；L-缝隙的长度；H-位于缝隙外端且远离键合面处，第一待键合晶圆的下表面和第二待键合晶圆的上表面之间的距离；扇形AOB-第一键合区域141；扇形COD-第一键合区域241；β-第二待键合晶圆逆时针旋转的角度；第一键合区域141划分为面积相等的扇形EOG区域和扇形FOG区域；S1-扇形EOG区域；S2-扇形FOG区域。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式及附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。
晶圆键合技术是指通过化学和物理作用将两个晶圆紧密地结合起来，晶圆结合后，界面处的原子受到外力的作用而产生反应形成共价键结合成一体，并使得结合界面达到特定的键合强度。具体地，晶圆键合过程如下：首先，对待键合晶圆进行预处理；其次，在待键合晶圆上制作对准标记，使得至少两个待键合晶圆精密对准；接着，将已经精密对准的待键合晶圆放置于传输夹具上，传输至键合腔室内进行键合，同时需要实时监测键合腔室内的温度、压力和气氛；然后，对键合晶圆进行冷却，检测键合质量是否满足后序工艺的要求。如果键合晶圆的键合质量满足后序工艺的要求，那么可以对键合晶圆进行后序工艺处理；如果键合晶圆的键合质量不满足后序工艺的要求，则终止对键合晶圆进行后序工艺处理。
晶圆的键合质量受到多种因素的影响，其中，影响键合质量的内在因素主要是晶圆表面的化学吸附状态、平整度以及粗糙度，而影响键合质量的外在因素主要是键合的温度和时间。其中，键合强度是表征键合质量的一项重要技术指标。通常，可以使用抗拉强度、剪切强度和粘接强度来表征键合晶圆的键合强度。
目前，晶圆键合强度的测试方法有待进一步的优化。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种键合强度的测试方法。参考图1，图1为本申请实施例提供的键合强度的测试方法的流程图。如图1所示，所述测试方法包括：
S101、提供待键合晶圆，所述待键合晶圆包括N个键合区域，每个所述键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，其中，N为大于或等于2的整数。
在本申请的一些实施例中，待键合晶圆包括两个或更多个键合区域。可以举例的是，待键合晶圆包括两个、三个、四个或者更多个键合区域。
参考图2，图2为包括两个键合区域的待键合晶圆的结构示意图。如图2所示，待键合晶圆包括第一键合区域21和第二键合区域22，且待键合晶圆上分布有多个芯片30。参考图3，图3为包括四个键合区域的待键合晶圆的结构示意图。如图3所示，待键合晶圆包括第一键合区域41、第二键合区域42、第三键合区域43和第四键合区域44，且待键合晶圆上分布有多个芯片30。
在本申请的一些实施例中，待键合晶圆包括两个或更多个键合区域，且每个所述键合区域的面积相等。
如图2所示，待键合晶圆包括第一键合区域21和第二键合区域22，且第一键合区域21和第二键合区域22均为半圆形，即第一键合区域和第二键合区域的面积相等，均为待键合晶圆的面积的二分之一。如图3所示，待键合晶圆包括第一键合区域41、第二键合区域42、第三键合区域43和第四键合区域44，且第一键合区域41、第二键合区域42、第三键合区域43和第四键合区域44均为圆心角为90°的扇形，即第一键合区域、第二键合区域、第三键合区域和第四键合区域的面积相等，均为待键合晶圆的面积的四分之一。
在本申请的另一些实施例中，待键合晶圆包括两个或更多个键合区域，且所述键合区域的面积不相等。
可以举例的是，待键合晶圆包括两个键合区域，其中，第一键合区域可以为圆心角为90°的扇形，第二键合区域可以为圆心角为270°的扇形，即第一键合区域和第二键合区域的面积不相等。更具体而言，第一键合区域的面积为待键合晶圆的面积的四分之一，第二键合区域的面积为待键合晶圆的面积的四分之三。还可以举例的是，待键合晶圆包括两个键合区域，其中，第一键合区域可以为圆环，第二键合区域可以为圆形，其直径小于待键合晶圆的直径，即第一键合区域和第二键合区域的面积不相等。
在本申请的一些实施例中，待键合晶圆包括两个或更多个键合区域，且每个所述键合区域的形状相同。
如图2所示，待键合晶圆包括第一键合区域21和第二键合区域22，且第一键合区域21和第二键合区域22的形状相同，即均为半圆形。如图3所示，待键合晶圆包括第一键合区域41、第二键合区域42、第三键合区域43和第四键合区域44，且第一键合区域41、第二键合区域42、第三键合区域43和第四键合区域44的形状相同，即均为圆心角为90°的扇形。
在本申请的另一些实施例中，待键合晶圆包括两个或更多个键合区域，且所述键合区域的形状不相同。
可以举例的是，待键合晶圆包括两个键合区域，其中，第一键合区域可以为圆心角为90°的扇形，第二键合区域可以为圆心角为270°的扇形，即第一键合区域和第二键合区域的形状不相同。还可以举例的是，待键合晶圆包括两个键合区域，其中，第一键合区域可以为圆环，第二键合区域可以为圆形，其直径小于待键合晶圆的直径，即第一键合区域和第二键合区域的形状不相同。
在本申请的一些实施例中，每个所述键合区域上的键合焊垫(bonding pad)的尺寸不同包括：每个所述键合区域上的键合焊垫的形状不同或每个所述键合区域上的键合焊垫的面积不同。
参考图4，图4为包括四种不同尺寸的键合焊垫的待键合晶圆的结构示意图。如图4所示，待键合晶圆包括第一键合区域41、第二键合区域42、第三键合区域43和第四键合区域44，且第一、第二、第三、第四键合区域上分别具有第一键合焊垫81、第二键合焊垫82、第三键合焊垫83和第四键合焊垫84。仍参考图4，第一键合焊垫81的形状为正方形、第二键合焊垫82的形状为圆形、第三键合焊垫83的形状为菱形和第四键合焊垫84的形状为三角形，即第一、第二、第三和第四键合焊垫的形状均不相同。图4示出的第一、第二、第三和第四键合焊垫的形状不相同且第一、第二、第三和第四键合焊垫的面积也不相同。可以理解的是，第一、第二、第三和第四键合焊垫的形状不限于上述列举的形状。
参考图5，图5为包括四种不同尺寸的键合焊垫的待键合晶圆的结构示意图。如图5所示，待键合晶圆包括第一键合区域41、第二键合区域42、第三键合区域43和第四键合区域44，且第一、第二、第三、第四键合区域上分别具有第一键合焊垫81、第二键合焊垫82、第三键合焊垫83’和第四键合焊垫84’。仍参考图5，第一键合焊垫81和第四键合焊垫84’的形状均为正方形，且第一键合焊垫81和第四键合焊垫84’的面积不同；第二键合焊垫82和第三键合焊垫83’的形状均为圆形，且第二键合焊垫82和第三键合焊垫83’的面积不同。图5示出的第一键合焊垫和第四键合焊垫的形状相同，但第一键合焊垫和第四键合焊垫的面积不相同。
在本申请的另一些实施例中，各个键合区域上的键合焊垫的形状不同，但是键合焊垫的面积相同。
在本申请的一些实施例中，每个所述键合区域上的键合焊垫的数量相等。
如图4所示，第一键合焊垫81、第二键合焊垫82、第三键合焊垫83和第四键合焊垫84的数量相等。
在本申请的另一些实施例中，所述键合区域上的键合焊垫的数量不相等。
如图5所示，第一键合焊垫81和第四键合焊垫84’的数量不相等，第二键合焊垫82和第三键合焊垫83’的数量不相等。
如前所述，待键合晶圆可以包括两个或更多个键合区域，例如，待键合晶圆包括四个键合区域，在待键合晶圆上分不同的键合区域制作不同尺寸的键合焊垫。参考图6，图6为包括四个区域的掩膜的结构示意图。如图6所示，掩膜(mask)50包括四个区域，分别为第一区域51、第二区域52、第三区域53和第四区域54。结合图4可知，在制作键合焊垫的过程中，可以优先仅对第一区域51进行曝光，以在待键合晶圆的第一键合区域41制作得到第一键合焊垫81；然后，依次对第二区域52、第三区域53和第四区域54进行曝光，从而依次分别在待键合晶圆的第二、第三和第四键合区域制作得到第二、第三和第四键合焊垫。通过分区曝光，可以在待键合晶圆上分区域制作得到不同尺寸的键合焊垫。可以理解的是，曝光的次序不限于上述的顺序，可以使用其他次序进行分区曝光。
仍参考图1，所述测试方法还包括：
S102、将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，得到键合晶圆。
本申请实施例提供的键合强度的测试方法，可用于键合至少两个待键合晶圆，例如两个，三个，四个等，下文中为了便于描述，以两个待键合晶圆为例进行阐述，其不应视为对本申请保护范围的限制。
参考图7，图7为键合晶圆的剖面示意图。如图7所示，第一待键合晶圆100与第二待键合晶圆200相对设置，第一待键合晶圆100具有第一键合层101，第二待键合晶圆200具有第二键合层201。这里，第一键合层101可以为第一待键合晶圆100的顶层金属层，第二键合层201可以为第二待键合晶圆200的顶层金属层。这里，图7示出的第一待键合晶圆和第二待键合晶圆即为前文所述的待键合晶圆。通常，顶层金属层在晶圆上表现为区域分布的形式，为了便于描述，图7示出的顶层金属层为平整分布的膜层结构，这不应视为对本申请保护范围的限制。
仍参考图7，第一待键合晶圆100的第一键合层101上覆盖有第一介质层102，第一介质层102中设置有多个第一键合点103；第二待键合晶圆200的第二键合层201上覆盖有第二介质层202，第二介质层202中设置有多个第二键合点203。这里，第一键合点和第二键合点即为前文所述的键合焊垫。
在本申请的一些实施例中，所述键合焊垫包括导电材料，尤其是金属材料。例如，本申请的键合焊垫可以由铜制成。
具体地，在晶圆混合键合的过程中，即金属-非金属混合键合。首先实现晶圆的非金属键合，即第一待键合晶圆的第一介质层(例如，二氧化硅绝缘层)的界面与第二待键合晶圆的第二介质层(例如，二氧化硅绝缘层)的界面进行键合；其次，将键合晶圆放置在高温下退火，由于制成第一、第二键合点(例如，铜)和制成第一、第二介质层的材料的热膨胀系数存在差异，具备更大热膨胀系数的铜受到绝缘体键合界面的压缩，在温度和压力的共同作用下，使两边的铜金属接近、压缩并熔合，在特殊条件下，还可以使两边的铜晶粒熔合成一体，从而达到两边铜导体合二为一的结构。
继续参考图1，所述测试方法还包括：
S103、分别检测所述键合晶圆的各个键合区域之间的键合强度。
在本申请的一些实施例中，所述分别检测所述键合晶圆的各个键合区域之间的键合强度，包括：通过裂纹传播扩散法、直拉法、微楔形槽测试法、静态油压测试法、四点弯曲测试法、超声波测试法或颗粒法测量所述键合强度。
参考图8，图8为本申请实施例提供的键合强度的测试方法的简化结构示意图。如图8所示，在使用裂纹传播扩散法测量键合强度时，将刀片插入完成键合的两个晶圆的键合界面处，即第一待键合晶圆100和第二待键合晶圆200的中间，测量第一待键合晶圆100和第二待键合晶圆200分离产生的缝隙的长度L，最后，通过缝隙的长度L，并根据以下式1计算得到键合强度(bond strength)。因此，裂纹传播扩散法也称为刀片(blade)插入测试法。
Figure BDA0003226455250000111
其中，γ用于表示键合强度；E1用于表示第一待键合晶圆的杨氏模量；E2用于表示第二待键合晶圆的杨氏模量；t1用于表示第一待键合晶圆的厚度；t2用于表示第二待键合晶圆的厚度；H用于表示位于缝隙外端且远离键合面处，第一待键合晶圆的下表面和第二待键合晶圆的上表面之间的距离；L用于表示缝隙的长度；At用于表示第一待键合晶圆的面积；Ab用于表示键合面的面积。
在上述裂纹传播扩散法中，可以使用红外线(infrared radiation，IR)系统测量得到缝隙的长度。因此，裂纹传播扩散法测量键合强度的精确性受到红外线系统测量缝隙长度的精确性的影响。
在本申请的一些实施例中，所述将至少两个所述待键合晶圆进行键合，得到键合晶圆之后，所述测试方法还包括：
检测所述键合晶圆的键合界面之间是否存在气泡；
如果所述键合界面处气泡数量和大小低于阈值，则分别检测所述键合晶圆的各个区域之间的键合强度；
如果所述键合界面处气泡数量和大小高于阈值，则对所述键合晶圆进行解键合。
这里阈值指的是能够满足键合强度测试需求的气泡数量最大值或气泡体积最大值。可以理解的是，如果键合晶圆的界面处存在气泡，且气泡的数量和大小高于阈值，很可能会影响到键合强度的测试结果。因此，这种键合晶圆不符合进行键合强度测试的要求。
在本申请的一些实施例中，可以使用直拉法(tensile/shear test)测量键合强度，其使用拉开键合晶圆的最大拉力来表示。在直拉法测量键合强度时，既可以使用相反方向的拉力垂直拉开键合晶圆，也可以使用拉力将键合在厚晶圆上的薄晶圆拉下。
在本申请的一些实施例中，可以使用微楔形槽测试法测量键合强度，这种方法由刀片插入测试法发展而来。在测试过程中，可以在键合晶圆中的一个晶圆上用湿法各向异性腐蚀产生一个楔状结构，楔状顶端的裂纹随着拉力增加稳定扩展，当裂纹达到临界长度后，裂纹扩展加速，使用拉力的最大值可以计算得到平面应变断裂韧度。
在本申请的一些实施例中，在使用静态油压测试法测量键合强度时，可以在键合晶圆中的一个晶圆中间设置孔，静态油压由下施加给上面的晶圆，测量得到键合界面开裂时的临界压强，最后，计算得到键合强度。
如前所述，在键合强度的测试方法中，直拉法、微楔形槽测试法、静态油压测试法和四点弯曲测试法均为破坏性测试方法，而超声波测试法和颗粒法为非破坏性测试方法。
在本申请的一些实施例中，在超声波测试法的测量过程中，通过增加超声波探针脉冲的振幅，键合晶圆的界面处产生一个非线性的反驱动力。在键合晶圆的一个晶圆上施加正弦信号，用宽波段超声换能器在另一晶圆上接收键合界面的弹性响应调制信号，接收的信号经傅里叶变换，用傅里叶分项的最大值作为键合强度。
在本申请的一些实施例中，在颗粒法的测量过程中，在键合晶圆的界面处引入一个二氧化硅小颗粒，根据小颗粒周围未键合部分表面能与弹性能之和达到最小值时键合达到平衡建立方程，从而计算得到表面，即键合强度。
在相关技术方案中，在整个待键合晶圆上制作统一尺寸的键合焊垫，从而测试得到晶圆水平(wafer level)的键合强度。这里键合焊垫的尺寸取决于掩膜的图案(patterning)。如果需要获得不同尺寸的键合焊垫对键合强度的影响，需要使用多套不同尺寸的掩膜以及多个键合晶圆，这样不仅会增加测试成本，还会由于使用不同的键合晶圆进行键合测试从而影响到测试结果的准确性。
本申请实施例提供的键合强度的测试方法，通过在待键合晶圆上划分多个键合区域，以获得多种不同尺寸的键合焊垫，将至少两个待键合晶圆的通过键合区域进行键合后得到键合晶圆，仅使用一个键合晶圆即能够获得具有不同尺寸的键合焊垫的多个键合区域之间的键合强度，从而在增加测试数据的同时，还能够节省成本。
在本申请的一些实施例中，所述测试方法还包括：
根据各个键合区域之间的键合强度，确定最佳的键合区域组合；
根据最佳的键合区域组合，确定该最佳的键合区域组合对应的键合焊垫组合。
在上述测试方法中，通过在待键合晶圆上划分多个键合区域，以获得多种不同尺寸的键合焊垫，将至少两个待键合晶圆的通过键合区域进行键合后得到键合晶圆，在一个键合晶圆即能够获得多个键合区域上不同尺寸的键合焊垫所对应的键合强度，从而能够确定最佳的键合焊垫组合。
具体地，待键合晶圆可以包括N个键合区域，例如，第一键合区域、第二键合区域……第N键合区域。这里键合区域组合可以理解为两个待键合晶圆直接键合的区域组合，可以举例的是，第一待键合晶圆的第三键合区域与第二待键合晶圆的第四键合区域直接键合。
具体地，待键合晶圆可以包括N个键合区域，例如，第一键合区域、第二键合区域……第N键合区域，每个键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，例如，第一键合焊垫、第二键合焊垫……第N键合焊垫。这里键合焊垫组合可以理解为两个待键合晶圆直接键合的焊垫组合，可以举例的是，第一待键合晶圆的第三键合焊垫与第二待键合晶圆的第四键合焊垫直接键合。
在本申请的一些优选实施例中，所述待键合晶圆包括四个键合区域，且四个所述键合区域的面积相等。
如前所述，待键合晶圆可以包括N个键合区域，一方面，键合区域数量的确定需要考虑到制作掩膜的复杂程度。待键合晶圆上键合区域的数量越多，那么掩膜的制作过程也就越复杂。另一方面，键合区域数量的确定还需要考虑到键合强度的测试方法。例如，使用刀片插入测试法测量键合强度，需要考虑到晶向问题，一个待键合晶圆上只有四个点是相同晶向的。
本申请实施例提供的键合强度的测试方法，待键合晶圆可以包括N个键合区域，例如两个，三个，四个等，下文中为了便于描述，以待键合晶圆包括四个键合区域为例进行阐述，其不应视为对本申请保护范围的限制。
参考图9，图9为本申请实施例提供的一种待键合晶圆的简化结构示意图。如图9所示，第一待键合晶圆100的待键合面朝上，第一待键合晶圆100包括四个键合区域，分别为第一键合区域141、第二键合区域142、第三键合区域143和第四键合区域144，且四个键合区域分别包括第一键合焊垫181、第二键合焊垫182、第三键合焊垫183和第四键合焊垫184。类似的，第二待键合晶圆200的键合面朝下，第二待键合晶圆200包括四个键合区域，分别为第一键合区域241、第二键合区域242、第三键合区域243和第四键合区域244，且四个键合区域分别包括第一键合焊垫281、第二键合焊垫282、第三键合焊垫283和第四键合焊垫284。且第一键合焊垫181和281均为正方形，第二键合焊垫182和282均为圆形，第三键合焊垫183和283均为菱形，以及第四键合焊垫184和284均为三角形。这里为了便于描述，待键合晶圆的每个键合区域仅通过一个键合焊垫以示意出该键合区域的键合焊垫的形状，其不应视为对本申请保护范围的限制。
在本申请的一些实施例中，所述测试方法包括：
对至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫尺寸相同的键合区域进行键合；
检测得到N个键合强度；
其中，每个所述键合强度对应一键合焊垫尺寸相同的键合区域组合；每个所述键合区域组合对应一尺寸相同的键合焊垫组合
参考图10，图10为本申请的一种实施方式提供的键合晶圆的简化剖面示意图。如图10所示，将图9所示的第一待键合晶圆100和第二待键合晶圆200进行键合。第一待键合晶圆100的第一键合区域141和第二待键合晶圆200的第一键合区域241完全重叠后进行键合，此时，第一待键合晶圆100的第一键合焊垫181和第二待键合晶圆200的第一键合焊垫281是完全重叠的，即图10示出的黑色正方形。这里第一键合区域141和241即为键合区域组合，第一键合焊垫181和281即为键合焊垫组合。类似地，还可以得到三种键合区域组合，包括第二键合区域142和242，第三键合区域143和243，以及第四键合区域144和244。同样地，还可以得到三种键合焊垫组合，包括第二键合焊垫182和282，第三键合焊垫183和283，以及第四键合焊垫184和284。
如上所述，待键合晶圆包括四个键合区域，对键合焊垫尺寸相同的键合区域进行键合后，可以得到四种键合区域组合以及四种键合焊垫组合。测试键合强度后，可以得到四个键合强度，从中挑选出最优键合强度，从而可以获得与之对应的最优键合区域组合和最优键合焊垫组合。
在本申请的一些实施例中，所述测试方法包括：
使得至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫之间具有预设偏移量后进行键合；
根据所述键合强度以及所述键合焊垫之间的键合面积，得到所述键合强度与所述键合面积的关联关系。
参考图11，图10为本申请的另一种实施方式提供的键合晶圆的简化剖面示意图。如图11所示，将图9所示的第二待键合晶圆200逆时针旋转一定的角度后，与第一待键合晶圆100进行键合。第一待键合晶圆100的第一键合区域141为扇形AOB，第二待键合晶圆200的第一键合区域241为扇形COD，可以使得第二待键合晶圆以O点为中心逆时针旋转角度β后与第一待键合晶圆进行键合。此时，第一待键合晶圆100的第一键合区域141与第二待键合晶圆200的第一键合区域不完全重叠，第一待键合晶圆100的第一键合焊垫181和第二待键合晶圆200的第一键合焊垫281的重叠区域，即图11示出的第一键合区域141和241中的黑色四边形，该重叠区域即为两个待键合晶圆的第一键合区域中的键合面积。可以举例的是，两个待键合晶圆的键合焊垫可以获得重叠90％面积、重叠80％面积等等。类似地，还可以得到两个待键合晶圆的第二、第三和第四键合区域中键合面积，以及检测得到与该键合面积对应的键合强度。
本申请实施例提供的键合强度的测试方法，可以使得至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫之间具有预设偏移量后进行键合；根据所述键合强度以及所述键合焊垫之间的键合面积，得到所述键合强度与所述键合面积的关联关系。最终可以获得满足最低键合强度要求时，所对应的最大偏移量。也就是说，通过本申请实施例提供的键合强度的测试方法，可以获得偏移量的工艺窗口。
更具体而言，假设第二待键合晶圆以圆心为中心进行逆时针旋转10°后，此时两个晶圆的第一键合焊垫的重叠80％面积，此时第一键合区域对应的键合强度刚好满足键合强度的要求。那么第一待键合晶圆和第二待键合晶圆之间偏移10°为满足键合强度的条件下能够容忍的最大偏移量。换言之，如果第一待键合晶圆和第二待键合晶圆之间的偏移量超过10°，那么该键合焊垫组合的键合强度不符合要求，则无法进行后序工艺。
在本申请的一些实施例中，所述测试方法包括：
对至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫尺寸不同的键合区域进行键合；
检测得到N*(N-1)个键合强度；
其中，每个所述键合强度对应一键合焊垫尺寸不同的键合区域组合；每个所述键合区域组合对应一尺寸不同的键合焊垫组合。
参考图12，图12为本申请的又一种实施方式提供的键合晶圆的简化剖面示意图。如图12所示，将图9中的第二待键合晶圆200以O点为中心逆时针旋转90°后与第一待键合晶圆100进行键合，第一待键合晶圆100的第一键合区域141和第二待键合晶圆200的第二键合区域242完全重叠后进行键合，此时，第一待键合晶圆100的第一键合焊垫181和第二待键合晶圆200的第二键合焊垫282具有一定的重叠面积，即图12示出的黑色圆形。这里第一键合区域141和第二键合区域242即为键合区域组合，第一键合焊垫181和第二键合焊垫282即为键合焊垫组合。类似地，还可以得到三种键合区域组合，包括第二键合区域142和第三键合区域243，第三键合区域143和第四键合区域244，以及第四键合区域144和第一键合区域241。同样地，还可以得到三种键合焊垫组合，包括第二键合焊垫182和第三键合焊垫283，第三键合焊垫183和第四键合焊垫284，以及第四键合焊垫184和第一键合焊垫281。
参考图13，图13为本申请的又一种实施方式提供的键合晶圆的简化剖面示意图。如图13所示，将图9中的第二待键合晶圆200以O点为中心逆时针旋转180°后与第一待键合晶圆100进行键合，第一待键合晶圆100的第一键合区域141和第二待键合晶圆200的第三键合区域243完全重叠后进行键合，此时，第一待键合晶圆100的第一键合焊垫181和第二待键合晶圆200的第三键合焊垫283具有一定的重叠面积，即图13示出的黑色菱形。这里第一键合区域141和第三键合区域243即为键合区域组合，第一键合焊垫181和第三键合焊垫283即为键合焊垫组合。类似地，还可以得到三种键合区域组合，包括第二键合区域142和第四键合区域244，第三键合区域143和第一键合区域241，以及第四键合区域144和第二键合区域242。同样地，还可以得到三种键合焊垫组合，包括第二键合焊垫182和第四键合焊垫284，第三键合焊垫183和第一键合焊垫281，以及第四键合焊垫184和第二键合焊垫282。
同样地，第二待键合晶圆还可以以O点为中心逆时针旋转270°后与第一待键合晶圆进行键合。因此，两个待键合晶圆上键合焊垫尺寸不同的键合区域进行键合，可以得到共计十二种键合区域组合，对应得到十二种键合焊垫组合，最终检测得到十二个键合强度。
这里为了便于描述，待键合晶圆的每个键合区域仅通过一个键合焊垫以示意出该键合区域的键合焊垫的形状，然而，实际上，每个待键合区域可以包括若干个键合焊垫。
为了实现不同尺寸的键合焊垫进行键合，在本申请的一些实施例中，所述待键合晶圆包括N个键合区域，每个所述键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，包括：
每个所述键合区域均包括M个键合焊垫，其中M为整数；
每个所述键合区域上键合焊垫的分布情况相同。
考虑到对不同尺寸的键合焊垫进行键合，参考图13，第一待键合晶圆100的第一键合区域141与第二待键合晶圆200的第三键合区域243键合，即，第一待键合晶圆100的第一键合焊垫181与第二待键合晶圆200的第三键合焊垫283键合，为了确保不同尺寸的键合焊垫能够键合，因此，此时每个键合区域包括M个键合焊垫，且每个键合区域上键合焊垫的分布情况相同。这里键合焊垫在键合区域上的分布情况具体指的不仅仅是每个键合区域上键合焊垫的数量相同，还包括每个键合区域上键合焊垫的位置分布关系相同。更具体而言，两个待键合晶圆上，每个键合区域上相对应地任意两个键合焊垫的几何中心的距离相等。
参考图14，图14为为本申请实施例提供的待键合晶圆的键合区域上键合焊垫的分布示意图。可以举例的是，待键合晶圆包括四个键合区域，分别为第一键合区域41、第二键合区域42、第三键合区域43和第四键合区域44，将每个键合区域划分为43个面积相等的格子，该键合区域上的43个键合焊垫分别位于43个格子中。如图14所示，以第一键合区域41为例，以待键合晶圆的圆心为O点建立坐标系，共包括七行，第一、二、三、四行均具有7个格子，第五行具有6个格子，第六行具有5个格子，第七行具有4个格子。
举例来说，第一键合区域内，位于第二行第七列的第一键合焊垫81’-72，位于第五行第五列的第一键合焊垫81’-55，位于七行第一列的第一键合焊垫81’-17。每个键合焊垫的几何中心与其所属的格子的几何中心重合，因此，在第一键合区域内，任意两个键合焊垫的几何中心的距离与其所属的格子的几何中心的距离相等。第二键合区域内，位于第二行第七列的第二键合焊垫82’-72，位于第五行第五列的第二键合焊垫82’-55，位于七行第一列的第二键合焊垫82’-17。可以理解的是，第一键合焊垫81’-17与第一键合焊垫81’-55的几何中心之间的距离，与第二键合焊垫82’-17与第二键合焊垫82’-55的几何中心之间的距离相等。
可以理解的是，即便是两个待键合晶圆上不同尺寸的键合焊垫进行键合，相互键合的两个键合焊垫的几何中心也是对准的。
在本申请的一些优选实施例中，每个所述键合区域上的键合焊垫沿所述待键合晶圆的半径方向呈镜像对称。
参考图15，图15为本申请实施例提供的另一种待键合晶圆的结构示意图。如图15所示，第一待键合晶圆100的待键合面朝上，第二待键合晶圆200的待键合面朝上，将第一键合区域141划分为面积相等的扇形EOG区域和扇形FOG区域。
具体地，可以使用同一个掩膜以形成第一待键合晶圆的第一键合焊垫和第二待键合晶圆的第一键合焊垫。也就是说，如图15所示，S1区域和S2区域沿着待键合晶圆的半径方向OG对称分布，相应地，S1区域上的第一键合焊垫和S2区域上的第一键合焊垫沿着待键合晶圆的半径方向OG呈径向对称分布。这样，可以仅仅使用一个掩膜，即可形成第一待键合晶圆的第一键合焊垫和第二待键合晶圆的第一键合焊垫，以节省制造成本。
本申请实施例提供了一种键合强度的测试方法，包括：提供待键合晶圆，所述待键合晶圆包括N个键合区域，每个所述键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，其中，N为大于或等于2的整数；将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，得到键合晶圆；分别检测所述键合晶圆的各个键合区域之间的键合强度。本申请实施例提供的键合强度的测试方法，通过在待键合晶圆上划分多个键合区域，以获得多种不同尺寸的键合焊垫，将至少两个待键合晶圆的通过键合区域进行键合后得到键合晶圆，仅使用一个键合晶圆即能够获得具有不同尺寸的键合焊垫的多个键合区域之间的键合强度，从而在增加测试数据的同时，还能够节省成本。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本申请的优选实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种键合强度的测试方法，其特征在于，包括：
提供待键合晶圆，所述待键合晶圆包括N个键合区域，每个所述键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，其中，N为大于或等于2的整数；
将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，得到键合晶圆；
分别检测所述键合晶圆的各个键合区域之间的键合强度。
2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据各个键合区域之间的键合强度，确定最佳的键合区域组合；
根据最佳的键合区域组合，确定该最佳的键合区域组合对应的键合焊垫组合。
3.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，包括：
对至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫尺寸相同的键合区域进行键合。
4.如权利要求3所述的测试方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测得到N个键合强度；
其中，每个所述键合强度对应一键合焊垫尺寸相同的键合区域组合；每个所述键合区域组合对应一尺寸相同的键合焊垫组合。
5.如权利要求3所述的测试方法，其特征在于，所述对至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫尺寸相同的键合区域进行键合，包括：
使得至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫之间具有预设偏移量后进行键合。
6.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述预设偏移量不为零的情况下，所述方法还包括：
根据所述键合强度以及所述键合焊垫之间的键合面积，得到所述键合强度与所述键合面积的关联关系。
7.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述将至少两个所述待键合晶圆通过所述键合区域进行键合，包括：
对至少两个所述待键合晶圆上键合焊垫尺寸不同的键合区域进行键合。
8.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测得到N*(N-1)个键合强度；
其中，每个所述键合强度对应一键合焊垫尺寸不同的键合区域组合；每个所述键合区域组合对应一尺寸不同的键合焊垫组合。
9.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述每个所述键合区域上的键合焊垫的尺寸不同，包括：每个所述键合区域上的键合焊垫的形状不同或每个所述键合区域上的键合焊垫的面积不同。
10.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，每个所述键合区域的面积相等。
11.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，每个所述键合区域上的键合焊垫的数量相等。
12.如权利要求1或11所述的测试方法，其特征在于，每个所述键合区域上的键合焊垫沿所述待键合晶圆的半径方向呈镜像对称。
13.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述分别检测所述键合晶圆的各个键合区域之间的键合强度，包括：
通过裂纹传播扩散法、直拉法、微楔形槽测试法、静态油压测试法、四点弯曲测试法、超声波测试法或颗粒法测量所述键合强度。
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