一種測(cè)量鍵合腔中的真空度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)量真空度的領(lǐng)域，尤其涉及用于測(cè)量鍵合腔中的真空度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晶片鍵合(wafer bonding)是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件制造中非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。真空鍵合(vacuum bonding)是鍵合技術(shù)中的一類重要分支。以近年來發(fā)展迅速的壓力傳感器、振蕩器等器件為例，它們共同的特點(diǎn)是都需要在鍵合后形成一個(gè)真空腔體，并且腔體內(nèi)的真空度對(duì)保證器件性能指標(biāo)有十分重要的作用。因此，真空鍵合及其相關(guān)檢測(cè)技術(shù)也越加重要起來。
[0003]對(duì)真空鍵合質(zhì)量的評(píng)價(jià)，除包括鍵合精確度、晶片彎曲、剪切測(cè)試等幾方面要求夕卜，最重要的是加入了對(duì)鍵合所形成器件腔體真空度的評(píng)價(jià)要求。由于器件腔體內(nèi)的真空度既直接影響器件的最終性能，又對(duì)鍵合的牢固程度有一定影響，因此一種快速、準(zhǔn)確檢測(cè)鍵合真空度的方法是非常必要的。
[0004]傳統(tǒng)的真空度傳感器由于體積原因無法植入到鍵合腔體內(nèi)，因此目前尚無針對(duì)鍵合器件真空度的直接檢測(cè)方法，多采用間接檢測(cè)方法。
[0005]圖1示出了利用諧振塊檢測(cè)真空度的電路圖。這種間接檢測(cè)通常在器件真空腔中設(shè)置一個(gè)質(zhì)量塊。利用質(zhì)量塊諧振阻抗與腔內(nèi)氣壓的相關(guān)性，記錄不同電激勵(lì)信號(hào)下，質(zhì)量塊的諧振阻抗，進(jìn)而通過公式反演得到器件的真空度。
[0006]然而，這種檢測(cè)方法所檢測(cè)的電信號(hào)，不僅受鍵合器件腔內(nèi)真空度的影響，同時(shí)也受器件自身電學(xué)性質(zhì)的影響。這使得我們無法準(zhǔn)確判斷電信號(hào)變化的來源。當(dāng)然，也就無從得知在器件鍵合過程中，工藝變化對(duì)所形成腔體真空度的影響。這完全不利于監(jiān)控和改善鍵合工藝。
[0007]此外，間接檢測(cè)實(shí)時(shí)性差，無法在鍵合完成后立刻進(jìn)行，必須等器件全部完成。這既耗費(fèi)大量時(shí)間，也不符合批量生產(chǎn)和質(zhì)量控制的要求。
[0008]因此，需要一種能夠在鍵合完成后立刻檢測(cè)鍵合腔體內(nèi)的真空度的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)鍵合器件真空度的方法。首先在晶片上制備經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的測(cè)試結(jié)構(gòu)。然后，依據(jù)真空鍵合工藝要求，對(duì)晶片進(jìn)行鍵合。然后，對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。每個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)的鍵合界面處所能承受的最大拉力可表示為:
[0010]F； = α.(Α-Π；.S) + P.[η；.S.(Ρ 大氣-Ρ 真空)]
[0011]利用所測(cè)得不同測(cè)試結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)最大拉力，對(duì)上述公式進(jìn)行擬合，即可獲得鍵合器件真空度的準(zhǔn)確值。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種測(cè)量鍵合腔中的真空度的方法，該方法包括:在待鍵合的晶片上制備一組測(cè)試結(jié)構(gòu)，其中，不同的測(cè)試結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有數(shù)量相同的真空鍵合腔體；對(duì)待鍵合的晶片進(jìn)行鍵合；對(duì)真空鍵合后的晶片進(jìn)行切片；分別對(duì)每個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉力測(cè)試，記錄每個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)被拉開時(shí)的最大拉力h ;利用每個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)被拉開時(shí)的最大拉力h和每個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)的真空鍵合腔體的數(shù)量進(jìn)行數(shù)值擬合，以獲得真空鍵合所形成腔體內(nèi)的真空度。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，一組測(cè)試結(jié)構(gòu)的數(shù)量大于或等于5。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，真空鍵合腔體的橫截面形狀是正方形或圓形。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，通過熱壓鍵合、陽極鍵合或熔融鍵合對(duì)待鍵合的晶片進(jìn)行鍵合。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，根據(jù)以下公式:
[0017]F； = α.(Α-η；.S) + P.[η；.S.(Ρ 大氣-Ρ 真空)]
[0018]進(jìn)行所述數(shù)值擬合，其中h表示第i個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)所能承受的最大拉力，α.(Α-η,.S)為測(cè)試結(jié)構(gòu)的鍵合部分提供的在垂直方向的應(yīng)力；α為鍵合工藝參數(shù);Α為在整個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)的橫截面面積為第i個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)中的腔體個(gè)數(shù)；S為每個(gè)腔體的頂部橫截面面積，β * [η,.S.(Ρ大氣-Ρ真s)]為由真空腔體存在內(nèi)外壓力差而產(chǎn)生的向下拉力；β為擬合系數(shù)，為測(cè)試環(huán)境大氣壓強(qiáng)；PKS為鍵合所形成真空腔內(nèi)的壓強(qiáng)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，Pxs表征鍵合腔中的真空度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，數(shù)值擬合采用線性擬合。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，數(shù)值擬合是含有指數(shù)項(xiàng)的線性擬合。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，數(shù)值擬合采用最小二乘法擬合。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，每個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)的尺寸、材料和膜層疊是相同的。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，依據(jù)管芯的分布及測(cè)試結(jié)構(gòu)的分布對(duì)晶片進(jìn)行切片。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，每個(gè)所述真空鍵合腔體的尺寸等同。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:
[0027]本發(fā)明的方法首次提出了利用經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的測(cè)試結(jié)構(gòu)來檢測(cè)鍵合器件真空度的方法。這種方法避免了傳統(tǒng)檢測(cè)方法中信號(hào)噪聲多，來源難以分析，測(cè)試周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，具有實(shí)時(shí)性好，準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)有工藝變更小，可實(shí)施性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0028]為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的各實(shí)施例的以上和其他優(yōu)點(diǎn)和特征，將參考附圖來呈現(xiàn)本發(fā)明的各實(shí)施例的更具體的描述?？梢岳斫?，這些附圖只描繪本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此將不被認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制。在附圖中，為了清楚明了，放大了層和區(qū)域的厚度。相同或相應(yīng)的部件將用相同或類似的標(biāo)記表示。
[0029]圖1示出了利用諧振塊檢測(cè)真空度的電路圖。
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)試鍵合腔體內(nèi)的真空度的原理圖。
[0031]圖3是圖2所示的測(cè)試結(jié)構(gòu)的鍵合界面的俯視圖。
[0032]圖4A-4E示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一組測(cè)試結(jié)構(gòu)。
[0033]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例檢測(cè)真空鍵合管芯的真空度的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]在以下的描述中，參考各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可在沒有一個(gè)或多個(gè)特定細(xì)節(jié)的情況下或者與其它替換和/或附加方法、材料或組件一起實(shí)施各實(shí)施例。在其它情形中，未示出或未詳細(xì)描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以免使本發(fā)明的各實(shí)施例的諸方面晦澀。類似地，為了解釋的目的，闡述了特定數(shù)量、材料和配置，以便提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的全面理解。然而，本發(fā)明可在沒有特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。此夕卜，應(yīng)理解附圖中示出的各實(shí)施例是說明性表示且不一定按比例繪制。
[0035]傳統(tǒng)的真空度傳感器因體積原因無法植入鍵合腔體中，而利用諧振塊的檢測(cè)方法中又存在信號(hào)噪聲多、來源難以分析、測(cè)試周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。因此，本發(fā)明人構(gòu)想出通過鍵合腔體本身的結(jié)構(gòu)特征來檢測(cè)鍵合腔體內(nèi)的真空度的方法。
[0036]1.檢測(cè)原理
[0037]圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)試鍵合腔體內(nèi)的真空度的原理圖。圖3是圖2所示的測(cè)試結(jié)構(gòu)的鍵合界面的俯視圖。如圖2所示，在對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉力測(cè)試過程中，測(cè)試結(jié)構(gòu)的鍵合界面處所能承受的最大拉力可表示為:
[0038]F； = α.(Α-η；.S) + β.[η；.S.(Ρ 大氣-Ρ 真空)]
[0039]其中，&表示第i個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)所能承受的最大拉力，α.(Α-η,.S)為測(cè)試結(jié)構(gòu)的鍵合部分提供的在垂直方向的應(yīng)力；α為鍵合工藝參數(shù);Α為在整個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)的橫截面面積為第i個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)中的腔體個(gè)數(shù)；S為每個(gè)腔體的頂部橫截面面積。β.[η,.S.(Ρ^-p*s)]為由真空腔體存在內(nèi)外壓力差而產(chǎn)生的向下拉力；β為擬合系數(shù)，Ρ大氣為測(cè)試環(huán)境大氣壓強(qiáng)；PKS為鍵合所形成真空腔內(nèi)的壓強(qiáng)。
[0040]由于全部測(cè)試結(jié)構(gòu)在同一次真空鍵合中完成，因此在上述公式中，對(duì)于每個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)，測(cè)試結(jié)構(gòu)的橫截面面積S、每個(gè)腔體的頂部橫截面面積S、環(huán)境大氣壓強(qiáng)Pm為已知常數(shù)；鍵合工藝參數(shù)α、擬合系數(shù)β和真空腔內(nèi)的壓強(qiáng)PKS為未知常數(shù)；(Fy1是對(duì)于不同測(cè)試結(jié)構(gòu)獲得的不同數(shù)值。