[发明专利]一种基于空间域与形态学相结合的硅硅直接键合的质量检测方法

说明书

本发明公开了一种基于空间域与形态学相结合的硅硅直接键合的质量检测方法，主要进行了图像的预处理，针对离散的脉冲噪声和椒盐噪声使用中值滤波，去除电子电路噪声和由低照明度或高温带来的传感器噪声干扰；选择归一化四邻域和八邻域高通滤波模板，将图像的低频部分去除，保留图像的高频部分，实现图像增强；利用Top‑Hat和Bottom‑Hat相结合的形态滤波方法，实现对比度增强，突出图像信息；设置合适二值化阈值，显示键合区域；进行两次形态学处理，填充孔洞，提取主体轮廓，计算键合成功率。通过该系统可以获取空洞分布、界面反应情况、键合成功率等一系列反映键合质量的信息，对于键合界面反应机理的研究和工艺参数的优化具有重要指导意义。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种硅硅直接键合质量检测方法。

背景技术

晶圆键合技术是指通过物理和化学的作用，将同种或不同种晶圆材料紧密结合的工艺方法。晶圆键合技术作为一种新的工艺方法，逐步成为微电子学和微机电系统的关键加工及封装技术，出现了直接键合、阳极键合、共晶键合、热压键合、聚合物键合等多种键合方法。相比于其他键合方法，直接键合技术具有洁净度高、气密性好、可实现异质材料的键合等优势，在新型半导体材料研制，高性能微纳器件制备，三维集成与封装以及高密度互联中具有重要的应用，逐渐成为前沿学科领域中微型元件的基础核心技术。

晶圆键合片良好的界面性能是保证器件性能的关键，界面空洞不仅影响着键合率和键合强度，也会对键合界面的电学特性有重要影响，因此出现了多种检测方法。常用的空洞检测方法有光透射法、超声波法、X射线影像法、魔镜图像法以及红外检测法。其中，红外检测是晶圆键合质量的一种非破坏性检测方法，它与超声波法和X射线图像法相比具有简单、快速、价格便宜和易获得等优点，对于光电器件、MEMS等高科技产品的生产应用至关重要。对于红外图像的后期处理，本专利方法相比于小波图像处理，算法更为简单，避免了非线性小波变换带来的部分细节信息丢失的问题。通过归一化滤波模板的使用，避免了图像的亮度偏移，克服了视觉上的模糊失真。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种简单、快速的硅硅直接键合质量检测方法。

为了实现上述目的，本发明基于空间域与形态学相结合的图像处理方法，采取以下技术方案实现：

步骤1：采集硅硅直接键合红外图像，要求输入图像为方形图像，即行像素点等于列像素点，因为当锐化算子模板与图像卷积时，需要一个方阵来处理；

步骤2：针对离散的脉冲噪声和椒盐噪声使用中值滤波，在去除噪声的同时可以比较好的保留图像的锐度和细节部分；

步骤3：选择四邻域和八邻域的归一化高通滤波模板，将图像的低频部分减弱或去除，保留图像的高频部分，而且还可以避免处理后的图像出现亮度偏移。在保证拉普拉斯锐化处理效果的同时又能复原背景信息，很好的突出边缘信息；

步骤4：采用Top-Hat与Bottom-Hat相结合的设计方法，实现对比度增强，使硅片外边界轮廓更加明显，干涉条纹图样纹理更加突出。此外，也可以抑制红外图像中由高斯噪声和脉冲噪声组成的混合噪声；

步骤5：设置合适的二值化阈值在不引入过多噪声像素点的前提下，尽量保留图像的完整信息；

步骤6：阈值分割后的图像需要经过两次形态学处理，第一次形态学处理目的是提取空洞主体，索取未键合上位置的有效像素点，滤除二值化后引入的噪声像素点；

步骤7：第二次形态学处理目的是通过多次腐蚀膨胀实现空洞填充，对于腐蚀膨胀的次数要求尽量小，不损失有效信息；

步骤8：键合成功率定义为晶圆片键合上的面积占整个键合晶片面积的百分比，这里的面积指的是像素点之和。