[发明专利]晶圆键合力的测试方法

说明书

本发明公开了一种晶圆键合力的测试方法，通过使用晶圆键合机台将晶圆与晶圆键合、晶圆键合后使用超声波扫描显微镜进行键合空洞扫描、晶圆通过高温退火、退火后使用超声波扫描显微镜再次进行键合空洞扫描、使用刃形刀片匀速插入进晶圆键合界面，等待1分钟后由于虹吸作用去离子水会进入晶圆之间裂缝处，形成去离子水界面介质、将多余的去离子水用氮气枪吹干，将晶圆放入载片盒内使用超声波扫描显微镜进行第三次扫描，扫描到裂缝的形状，大小和位置、通过超声波扫描显微镜给的位置数据，得到裂缝的精准长度、重复多点测试、将裂缝长度代入公式、计算该处键合力，将多点键合力数据算出平均值。

技术领域

本发明属于晶圆键合技术领域，尤其涉及一种晶圆键合力的测试方法。

背景技术

在半导体键合工艺中，键合力是验证键合能力和键合良率重要的技术指标。键合力小会导致键合后的两片晶圆出现剥离，造成良率损失。键合力的测试方法有：裂纹传播扩散法、静态液体油压法、四点弯曲分层法、直拉法等。其中裂纹扩散法是最常用的检测方法。这种方法是，在半导体日常检查工作中，晶圆经过键合后或者键合和高温退火后，使用刃形刀片匀速插入准备测试键合力的两个晶圆的键合界面中，刃形刀片会在界面层产生裂纹(空洞)。通常，半导体厂十分重视关键参数的测量，所以为了测试晶圆键合力都会额外购置一台键合力测试机台。该测量机台在键合晶圆一侧发射大于900nm的红外光，同时另一侧使用CCD红外摄像头监测裂纹长度。操作者记录裂纹长度代入理论公式后，计算出晶圆键合力。

晶圆级别键合是MEMS、SOI、CIS等半导体器件的关键工艺，退火后的键合力一般要求大于2J/m2。在晶圆键合力测量时往往会购置一个键合力测试机台，包括红外光发射器、CCD相机和视频显示器。红外光源穿透率受到硅片掺杂浓度或者金属导线干扰等限制，测量的数据容易存在误差。这是由于对于重掺杂和具有金属布线的晶圆，红外光由于受到阻碍导致接收到的信号不足或者确实，图形显示模糊或者显示不出来。所以红外光测试键合力这种机台对于实际生产片的键合力测量很有限，通常只能测试掺杂浓度低和无金属布线的实验片。另外，额外购置该机台也会增加半导体制造厂的设备成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种晶圆键合力的测试方法，晶圆键合工艺需要三个机台，晶圆键合机台、高温退火机台和超声波扫描测试机台，具体为：

一种晶圆键合力的测试方法，包括如下步骤：

S1选取两张晶圆用于制备键合晶圆，其中一张晶圆生长有氧化层，另一张晶圆未生长氧化层；

S2清洗两张晶圆且两张晶圆表面无损伤；

S3对两张晶圆使用自动键合机台进行键合，其中生长有氧化层的晶圆设置在未生长氧化层晶圆的下方，两张晶圆通过等离子体激活后将表面价键打开并且通过对准台面进行对准；

S4通过超声波扫描机对步骤S3中键合后的晶圆进行空洞检测；

S5将键合后的晶圆放置在金属载筐内，通过烘箱或炉管进行退火；

S6在需要测量晶圆键合界面处迅速插刀制造键合裂纹；

S7当晶圆键合裂纹扩展范围稳定后，向晶圆键合裂纹处注入溶液，裂纹处填满溶液后缓慢匀速的拔刀；

S8用超声波扫描仪进行自动扫描，测量键合裂纹距离晶圆边缘的长度；

S9为实现多点键合力测试，重复步骤S6至步骤S9；

S10多点测量进行键合能γ，包括如下公式：

计算多点键合能的平均值包括如下公式：

其中，t为晶圆厚度，y为刀厚度、L为裂纹长度、E为杨氏模型，n为测量键合能的点数。