[发明专利]晶圆级气密性的测试结构及测试方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造工艺技术领域，尤其涉及一种晶圆级气密性的测试结构及测试方法。

背景技术

微机电系统（Micro-Electro-Mechanical-Systems，MEMS）是利用微细加工技术在单块硅芯片上集成传感器、执行器、处理控制电路的微型系统，其中的处理控制电路使用传统的微电子制造工艺制成（如CMOS、Bipolar、BICOMS等）。在MEMS的众多工艺环节中，以MEMS的封装最为引人注目，难度也最大。据统计，MEMS的封装成本约占整个MEMS器件成本的50～80％。

MEMS封装的目的就是将MEMS装置和附加IC电路组成一个完成的MEMS系统，完成电互连、功能的实现和保护。由于MEMS装置中含有一些微小的机械结构，如果使其暴露在恶劣多变的工作环境下，一方面会造成微结构的破坏，另一方面由于灰尘、化学溶剂、温度、湿度、压力等的不确定性也会造成MEMS器件性能的不稳定，甚至失灵。

如图1所示，通常封装采用晶圆级密封，即在晶片（晶片1和2键合后再与晶片3键合）上直接对需要保护的MEMS装置A进行密封，也就是只对晶片的局部进行密封，这类密封工艺一般在将MEMS器件B从晶片上切割下来之前、在整个晶片上进行的。此外，对需要保护的MEMS装置进行密封的方式通常采用固相键合技术，如图2和3所示，把若干具有平面结构的晶片重叠结合在一起，例如具有空腔1-1的晶片1、晶片2和具有空腔3-1的晶片3重叠结合在一起（B、C键合），MEMS装置A存在与晶片2中，空腔为真空，从而构成MEMS器件。由于MESMS封装中的不良的密封性对于MEMS器件的可靠性来说起着关键的作用，所以，晶片重叠结合在一起的键合界面需要气密性良好。

但是，现有的键合界面气密性的测量方法，需要将晶片切割成一个个MEMS器件（Die），并逐一对每个MEMS器件进行密封测量以判断其密封性的好坏。而对每个MEMS器件的键合界面进行气密性的测量方法，一是判断位于晶片3表面上的铝凸块A与位于晶片2表面上的锗凸块B是否对准，二是做拉力测试，以测试需要用多大的力量才可以将铝凸块A和锗凸块B键合的界面分开，力量越小，键合界面气密性越差，反之，气密性越好。这种测量MEMS器件密封的方法费时费力，成本很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶圆级气密性的测试结构及测试方法，使测量MEMS器件气密性的方法操作简单、效率高、成本低。

为了解决上述问题，本发明提供一种晶圆级气密性的测试方法，包括：

提供键合的第一晶片和第二晶片，所述第一晶片中形成有多个第一类空腔和一具有第一气压的第二类空腔，多个所述第一类空腔分布在所述第二类空腔的周围；

在所述第二类空腔上的第二晶片中形成一凹槽；

在包围每一所述第一类空腔和包围所述第二类空腔的第二晶片上以及在所述凹槽的表面均形成第一金属，其中，所述凹槽上形成的第一金属与包围所述第二类空腔而形成在第二晶片上的第一金属相连；

在每一所述第一类空腔上的第二晶片中形成一MEMS装置；

提供一第三晶片，所述第三晶片中形成有多个第三类空腔和一第四类空腔，多个所述第三类空腔分布在第四类空腔的周围，在包围每一所述第三类空腔和包围所述第四类空腔的第三晶片上以及在所述第四类空腔的顶部形成第二金属；

所述第三晶片与第二晶片键合，通过包围每一所述第一类空腔而形成在第二晶片上的第一金属与包围每一所述第三类空腔而形成在第三晶片上的第二金属键合形成每一MEMS器件，通过包围所述第二类空腔而形成在第二晶片上的第一金属与包围所述第四类空腔而形成在第三晶片上的第二金属键合形成一测试结构，其中，所述第四类空腔具有的第二气压小于第一气压；

反复检测所述测试结构中的第四类空腔顶部的第二金属与凹槽上的第一金属间的电容，以评估MEMS器件的密封性能。

进一步的，当所述电容增大时，所述MEMS器件具有紧密的密封性能；当所述电容减小时，所述MEMS器件不具有紧密的密封性能。

进一步的，所述MEMS器件具有紧密的密封性能时，所述第二气压始终小于第一气压，所述凹槽对应的第二晶片薄膜沿所述第四类空腔的方向向上弯曲。

进一步的，当所述MEMS器件不具有紧密的密封性能时，所述第二气压逐渐大于等于第一气压，所述凹槽对应的第二晶片薄膜沿所述第四类空腔的方向，由向上弯曲逐渐变为不弯曲或向下弯曲。

优选的，所述第一金属和第二金属使用的材料不同且分别为锗或铝中的一种。