一种测量键合强度的方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种测量键合强度的方法。

背景技术：

背照式传感器(backsideillumination，bsi)工艺中需要将两片晶圆键合在一起，键合时通过高温退火处理将室温下较弱的键合力(范德瓦耳斯力)转化为强度较高的共价键形式，此过程称为键合(bonding)。

键合后的键合强度(bondstrength)可以通过红外线(infraredradiation，ir)穿透方法来测量。如图1所示，测量时，首先，将刀片插入到已经键合好的两片晶圆(定义图1中位于上方的晶圆为第一晶圆，位于下方的晶圆为第二晶圆)中间，使两片晶圆中间产生缝隙，然后，利用红外装置通过ir穿透技术测量缝隙长度l，最后，通过缝隙长度及下述公式(1)计算键合强度：

其中，

γ用于表示键合强度；

e1用于表示所述第一晶圆的杨氏模量；

e2用于表示所述第二晶圆的杨氏模量；

t1用于表示所述第一晶圆的厚度；

t2用于表示所述第二晶圆的厚度；

l用于表示所述缝隙的长度；

h1用于表示位于所述缝隙外端且远离所述键合面处，所述第一晶圆的下表面相对于所述键合面的第一距离；

h2用于表示位于所述缝隙外端且远离键合面处，所述第二晶圆的上表面相对于键合面第二距离；

h用于表示位于所述缝隙外端且远离所述键合面处，所述第一晶圆的下表面和所述第二晶圆的上表面之间的距离；

at用于表示所述第一晶圆的面积；

ab用于表示所述键合面的面积。

但在bsi工艺中，键合的晶圆上有金属铜，ir很难穿透，因此导致缝隙长度l测量不准，从而导致键合强度计算不准确。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明涉及一种测量键合强度的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种测量键合强度的方法，适用于测量两个键合晶圆之间的键合强度，两个所述键合晶圆之间具有一键合面；所述方法包括：

步骤s1、将一刀片沿所述键合面嵌入到两个所述键合晶圆之间，以于两个所述键合晶圆之间产生缝隙，对所述刀片进行测量以得到所述刀片的嵌入深度；

步骤s2、将两个所述键合晶圆水平放置，将一激光束沿刀片中心与键合面中心的连线，从所述刀片的嵌入方向的对向，沿任意一所述键合晶圆的表面水平入射，采集所述激光束在被产生形变的所述键合晶圆反射前沿所述键合晶圆表面走过的水平直线距离，根据所述键合晶圆的直径、所述嵌入深度以及所述水平直线距离处理得到缝隙长度；

步骤s3、根据下述公式处理得到键合强度：

其中，

γ用于表示键合强度；

e1用于表示所述第一晶圆的杨氏模量；

e2用于表示所述第一晶圆的杨氏模量；

t1用于表示所述第一晶圆的厚度；

t2用于表示所述第二晶圆的厚度；

l用于表示所述缝隙的长度；

h用于表示位于所述缝隙外端且远离所述键合面处，所述第一晶圆的下表面和所述第二晶圆的上表面之间的距离；

at用于表示所述第一晶圆的面积；

ab用于表示所述键合面的面积。

优选的，所述步骤s1包括：

步骤s11、提供两个经过键合工艺处理的具有所述键合面的键合晶圆和一具有预设的刀片长度的刀片；

步骤s12、将所述刀片沿所述键合面嵌入到两个所述键合晶圆之间，以于两个所述键合晶圆之间产生所述缝隙；

步骤s13、对所述刀片暴露于所述键合面外部的部分进行测量，以得到未嵌入深度，根据下述公式处理得到所述嵌入深度：

l1＝l2-l3

其中，

l1用于表示所述嵌入深度；

l2用于表示所述刀片长度；

l3用于表示所述未嵌入深度。

优选的，所述步骤s2中，通过一光源发射器的激光发射口发射所述激光束，所述激光发射口设置于所述键合晶圆的上表面且位于所述刀片的嵌入方向的对向。

优选的，所述步骤s2中，通过一光源接收器的激光接收口接收所述激光束，所述激光接收口设置于所述键合晶圆的上表面且位于所述刀片的嵌入方向的对向。

优选的，所述光源发射器和所述光源接收器集成于同一硬件设备。

一种测量键合强度的方法，适用于测量两个键合晶圆之间的键合强度，两个所述键合晶圆之间具有一键合面；所述方法包括：

步骤s1、将一刀片沿所述键合面嵌入到两个所述键合晶圆之间，以于两个所述键合晶圆之间产生缝隙，对所述刀片进行测量以得到所述刀片的嵌入深度；

步骤s2、将两个所述键合晶圆水平放置，竖直入射一激光束，并控制所述激光束从所述刀片暴露于两个所述键合晶圆的边缘开始，沿所述刀片中心与所述键合面中心连线向所述刀片嵌入两个所述键合晶圆的前端移动，采集所述激光束在被未产生形变的所述键合晶圆反射前沿所述键合晶圆表面走过的水平直线距离l0，根据所述键合晶圆的直径、所述嵌入深度以及所述水平直线距离处理得到缝隙长度；

步骤s3、根据下述公式处理得到键合强度：

其中，

γ用于表示键合强度；

e1用于表示所述第一晶圆的杨氏模量；

e2用于表示所述第二晶圆的杨氏模量；

t1用于表示所述第一晶圆的厚度；

t2用于表示所述第二晶圆的厚度；

l用于表示所述缝隙的长度；

h用于表示位于所述缝隙外端且远离所述键合面处，所述第一晶圆的下表面和所述第二晶圆的上表面之间的距离；

at用于表示所述第一晶圆的面积；

ab用于表示所述键合面的面积。

优选的，所述步骤s1包括：

步骤s11、提供两个经过键合工艺处理的具有所述键合面的键合晶圆和一具有预设的刀片长度的刀片；

步骤s12、将所述刀片沿所述键合面嵌入到两个所述键合晶圆之间，以于两个所述键合晶圆之间产生所述缝隙；

步骤s13、对所述刀片暴露于所述键合面外部的部分进行测量，以得到未嵌入深度，根据下述公式处理得到所述嵌入深度：

l1＝l2-l3

其中，

l1用于表示所述嵌入深度；

l2用于表示所述刀片长度；

l3用于表示所述未嵌入深度。

优选的，所述步骤s2中，通过一光源发射器的激光发射口发射所述激光束，所述激光发射口设置于所述键合晶圆的上方。

优选的，所述步骤s2中，通过一光源接收器的激光接收口接收所述激光束，所述激光接收口设置于所述键合晶圆的上方。

优选的，所述光源发射器和所述光源接收器集成于同一硬件设备。

本发明的有益效果：本发明提出了一种简便有效的可以测量键合强度的方法，在键合工艺中使用本发明方法，可以解决ir无法穿透或穿透能力差的图形片(例如有金属布线的图形片)键合强度量测问题，可简便有效的测量，可提高测量的准确性。

附图说明

图1为现有技术中，测量键合强度的方法的示意图；

图2为本发明一种优选的实施例中，测量键合强度的方法的流程图；

图3为本发明一种优选的实施例中，步骤s1的流程图；

图4为本发明一种优选的实施例中，测量键合强度的方法的俯视示意图之一；

图5为本发明一种优选的实施例中，测量键合强度的方法的侧视示意图之一；

图6为本发明一种优选的实施例中，测量键合强度的方法的流程图；

图7为本发明一种优选的实施例中，步骤s1的流程图；

图8为本发明一种优选的实施例中，测量键合强度的方法的俯视示意图之二；

图9为本发明一种优选的实施例中，测量键合强度的方法的侧视示意图之二。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

如图2-5所示，一种测量键合强度的方法，适用于测量两个键合晶圆之间的键合强度，两个键合晶圆之间具有一键合面，可以实现缝隙长度的准确测量，方便的计算键合强度的方法，包括以下具体步骤：

步骤s1、将一刀片沿键合面嵌入到两个键合晶圆之间，以于两个键合晶圆之间产生缝隙，对刀片进行测量以得到刀片的嵌入深度；

步骤s2、将两个键合晶圆水平放置，将一激光束沿刀片中心与键合面中心的连线，从刀片的嵌入方向的对向，沿任意一键合晶圆的表面水平入射，采集激光束在被产生形变的键合晶圆反射前沿键合晶圆表面走过的水平直线距离，根据键合晶圆的直径、嵌入深度以及水平直线距离处理得到缝隙长度；

步骤s3、根据下述公式处理得到键合强度：

其中，

γ用于表示键合强度；

e1用于表示第一晶圆的杨氏模量；

e2用于表示第二晶圆的杨氏模量；

t1用于表示第一晶圆的厚度；

t2用于表示第二晶圆的厚度；

l用于表示缝隙的长度；

h用于表示位于缝隙外端且远离键合面处，第一晶圆的下表面和第二晶圆的上表面之间的距离；

at用于表示第一晶圆的总面积或第二晶圆的总面积，第一晶圆和第二晶圆的面积一样；

ab用于表示键合面的面积。

在本实施例中，将刀片插入到已经键合好的两片晶圆中间并且固定刀片的插入深度，使两片晶圆中间产生缝隙；

将晶圆水平放置，使一束激光沿刀片中心与晶圆中心连线从刀片对向紧贴晶圆表面水平入射，激光束遇产生形变的晶圆后被反射，记录激光束在晶圆表面走过的水平直线距离l0，通过晶圆直径及刀片插入的长度计算缝隙长度l；

通过缝隙长度及上述公式计算键合强度。

本发明可以应用于半导体所有使用bonding的工艺技术中，比如90/65/45nm逻辑，记忆体等芯片生产。采用本方法，可实现键合强度的简便有效测量，提高测量的准确性。

实现可以解决ir无法穿透或穿透能力差的图形片(例如有金属布线的图形片)键合强度量测问题并可以实现缝隙长度的准确测量的设计方法。

较佳的实施例中，步骤s1包括：

步骤s11、提供两个经过键合工艺处理的具有键合面的键合晶圆和一具有预设的刀片长度的刀片；

步骤s12、将刀片沿键合面嵌入到两个键合晶圆之间，以于两个键合晶圆之间产生缝隙；

步骤s13、对刀片暴露于键合面外部的部分进行测量，以得到未嵌入深度，根据下述公式处理得到嵌入深度：

l1＝l2-l3

其中，

l1用于表示嵌入深度；

l2用于表示刀片长度；

l3用于表示未嵌入深度。

较佳的实施例中，步骤s2中，通过一光源发射器的激光发射口发射激光束，激光发射口设置于键合晶圆的上表面且位于刀片的嵌入方向的对向。

较佳的实施例中，步骤s2中，通过一光源接收器的激光接收口接收激光束，激光接收口设置于键合晶圆的上表面且位于刀片的嵌入方向的对向。

较佳的实施例中，光源发射器和光源接收器集成于同一硬件设备。

如图6-9所示，种测量键合强度的方法，适用于测量两个键合晶圆之间的键合强度，两个键合晶圆之间具有一键合面，可以实现缝隙长度的准确测量，方便的计算键合强度的方法，包括以下具体步骤：

步骤s1、将一刀片沿键合面嵌入到两个键合晶圆之间，以于两个键合晶圆之间产生缝隙，对刀片进行测量以得到刀片的嵌入深度；

步骤s2、将两个键合晶圆水平放置，竖直入射一激光束，并控制激光束从刀片暴露于两个键合晶圆的边缘开始，沿刀片中心与键合面中心连线向刀片嵌入两个键合晶圆的前端移动，采集激光束在被未产生形变的键合晶圆反射前沿键合晶圆表面走过的水平直线距离l0，根据键合晶圆的直径、嵌入深度以及水平直线距离处理得到缝隙长度；

步骤s3、根据下述公式处理得到键合强度：

其中，

γ用于表示键合强度；

e1用于表示第一晶圆的杨氏模量；

e2用于表示第二晶圆的杨氏模量；

t1用于表示第一晶圆的厚度；

t2用于表示第二晶圆的厚度；

l用于表示缝隙的长度；

h用于表示位于缝隙外端且远离键合面处，第一晶圆的下表面和第二晶圆的上表面之间的距离；

at用于表示第一晶圆的面积；

ab用于表示键合面的面积。

在本实施例中，将刀片插入到已经键合好的两片晶圆中间并且固定刀片的插入深度，使两片晶圆中间产生缝隙；

刀片中心与晶圆中心连线从刀片边缘开始向内移动，当入射端可以接收到反射光时(即反射角为0度)，记录此位置并记录光源移动的距离，此距离即为缝隙长度l；

通过缝隙长度及上述公式计算键合强度。

本发明可以应用于半导体所有使用bonding的工艺技术中，比如90/65/45nm逻辑，记忆体等芯片生产。采用本方法，可实现键合强度的简便有效测量，提高测量的准确性。

实现可以解决ir无法穿透或穿透能力差的图形片(例如有金属布线的图形片)键合强度量测问题并可以实现缝隙长度的准确测量的设计方法。

较佳的实施例中，步骤s1包括：

步骤s11、提供两个经过键合工艺处理的具有键合面的键合晶圆和一具有预设的刀片长度的刀片；

步骤s12、将刀片沿键合面嵌入到两个键合晶圆之间，以于两个键合晶圆之间产生缝隙；

步骤s13、对刀片暴露于键合面外部的部分进行测量，以得到未嵌入深度，根据下述公式处理得到嵌入深度：

l1＝l2-l3

其中，

l1用于表示嵌入深度；

l2用于表示刀片长度；

l3用于表示未嵌入深度。

较佳的实施例中，步骤s2中，通过一光源发射器的激光发射口发射激光束，激光发射口设置于键合晶圆的上方。

较佳的实施例中，步骤s2中，通过一光源接收器的激光接收口接收激光束，激光接收口设置于键合晶圆的上方。

较佳的实施例中，光源发射器和光源接收器集成于同一硬件设备。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。