一種監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，至少包括：正面設(shè)有第一金屬線的第一晶圓；正面設(shè)有與所述第一金屬線交叉的第二金屬線的第二晶圓；所述第一、第二晶圓的正面彼此鍵合，使得所述第一金屬線和第二金屬線接觸；所述第二晶圓背面設(shè)有穿過(guò)其正面并分別接觸于所述第一、第二金屬線兩端的焊墊。本實(shí)用新型在所述彼此鍵合的第一、第二晶圓表面設(shè)置由所述第一、第二金屬線鍵合構(gòu)成的四端金屬結(jié)構(gòu)。通過(guò)測(cè)試鍵合處電阻的阻值，來(lái)判斷所述第一、第二晶圓彼此鍵合的質(zhì)量和可靠性，可以有效提高半導(dǎo)體微機(jī)電機(jī)械系統(tǒng)在制程中性能的可靠性和產(chǎn)品的良率。
【專利說(shuō)明】—種監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體制備領(lǐng)域，特別是涉及一種監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]晶圓鍵合工藝是將兩片晶圓經(jīng)過(guò)清洗等預(yù)處理后，使用某種手段將兩片互相固定連接在一起的一種工藝。通常在微機(jī)電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的制造過(guò)程中應(yīng)用晶圓的鍵合工藝。而鍵合工藝中的鍵合質(zhì)量是評(píng)價(jià)晶圓鍵合技術(shù)優(yōu)劣的關(guān)鍵問(wèn)題。如果鍵合而在銅制程中，銅線鍵合的過(guò)程中經(jīng)常用到高精度、大電流、線寬小的3D結(jié)構(gòu)中的電性連接，所以MEMS器件的鍵合質(zhì)量的可靠性格外重要。
[0003]目前使用的用來(lái)監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的方法有靜態(tài)液體油壓法、直拉法或裂紋傳播法。其中靜態(tài)液體油壓法的測(cè)量設(shè)備的界面施壓結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并不能得在鍵合片的具體細(xì)節(jié)特征；直拉法是用拉開(kāi)鍵合片的最大拉力來(lái)表示鍵合強(qiáng)度，而該方法受到拉力手柄粘合劑的限制，當(dāng)鍵合強(qiáng)度大于粘合劑的粘性度時(shí)，拉力手柄會(huì)先于鍵合片而裂開(kāi)，因而無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)該方法也是一種破壞性的檢測(cè)方法。裂紋傳播法也稱為刀片法，是采用刀片沿鍵合界面插入，觀測(cè)斷痕深度來(lái)反映鍵合的質(zhì)量。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但對(duì)鍵合晶圓的的破壞性小，但同時(shí)由于晶圓質(zhì)地較脆，操作困難且讀數(shù)誤差大。
[0004]由于目前的監(jiān)測(cè)法都只能進(jìn)行大致的比較試驗(yàn)，無(wú)法定量給出鍵合的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其測(cè)試環(huán)境要求高，測(cè)試實(shí)現(xiàn)困難，同時(shí)測(cè)量結(jié)果在各自不同的工藝條件下以及樣品尺寸下獲得，缺乏通用性和權(quán)威性。使用人工或機(jī)臺(tái)無(wú)法精細(xì)的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合的質(zhì)量。同時(shí)由于電子遷移是在高溫和大電流并且長(zhǎng)時(shí)間的狀態(tài)下產(chǎn)生的。因此現(xiàn)有技術(shù)中的監(jiān)測(cè)方式無(wú)法監(jiān)測(cè)到，因此有必要提出一種新的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)來(lái)監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的可靠性能。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法以量化的方式來(lái)監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量以及可靠性的問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供一種監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，所述監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)至少包括:
[0007]正面設(shè)有第一金屬線的第一晶圓；
[0008]正面設(shè)有與所述第一金屬線交叉的第二金屬線的第二晶圓；
[0009]所述第一、第二晶圓的正面彼此鍵合，使得所述第一金屬線和第二金屬線接觸；
[0010]所述第二晶圓背面設(shè)有穿過(guò)其正面并分別接觸于所述第一、第二金屬線兩端的焊墊。
[0011]作為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一、第二金屬線的材質(zhì)包括銅或鋁。
[0012] 作為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一金屬線與所述第二金屬線交叉形成夾角，所述夾角大于O度且小于180度。
[0013]作為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述夾角為90度。
[0014]作為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述焊墊的材質(zhì)包括銅或招。
[0015]作為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一、第二金屬線的長(zhǎng)度為10微米至20微米。
[0016]作為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一、第二金屬線的長(zhǎng)度相等。
[0017]作為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一、第二金屬線的寬度為I微米至5微米。
[0018]作為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述焊墊的形狀相同。
[0019]作為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述焊墊的形狀為邊長(zhǎng)為5微米至10微米的正方形。
[0020]如上所述，本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，通過(guò)測(cè)試鍵合處電阻的阻值，來(lái)判斷所述第一、第二晶圓彼此鍵合的質(zhì)量和可靠性，具有以下有益效果:可以有效提高半導(dǎo)體微機(jī)電機(jī)械系統(tǒng)在制程中性能的可靠性和產(chǎn)品的良率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的三維透視示意圖。
[0022]圖2為圖1的沿AA’方向的截面示意圖。
[0023]圖3為圖2中所述第二金屬線13水平旋轉(zhuǎn)90°的本實(shí)用新型的測(cè)試原理示意圖。
[0024]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0025]10第一晶圓
[0026]11第二晶圓
[0027]12第一金屬線
[0028]121金屬塊
[0029]13第二金屬線
[0030]111、112、113、114 焊墊
[0031]20接觸電阻
[0032]21電源
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本實(shí)用新型還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本實(shí)用新型的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0034]請(qǐng)參閱圖1?圖3。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本實(shí)用新型中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0035]如圖1所示，表示的是本實(shí)用新型的一種監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)的三維透視示意圖，第一晶圓10的正面朝上放置，所述第一晶圓10的正面設(shè)置有第一金屬線12，所述第一金屬線的材質(zhì)可以是銅，也可是鋁。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，本實(shí)施例中所述第一金屬線12的材質(zhì)為銅。如圖1所示，位于所述第一晶圓正面上方的第二晶圓11的正面朝下放置。同時(shí)所述第二晶圓11的正面設(shè)有第二金屬線13，所述第二金屬線的材質(zhì)可以是銅，也可是鋁。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，本實(shí)施例中所述第二金屬線13的材質(zhì)為銅。
[0036]由于所述第一晶圓10和所述第二晶圓11的正面彼此相對(duì)放置并且所述第一晶圓10與所述第二晶圓11的正面彼此鍵合。由于所述第一晶圓10和所述第二晶圓11正面的彼此鍵合并且所述第二晶圓11位于所述第一晶圓10的上方，使得位于所述第一晶圓10正面的第一金屬線12和位于所述第二晶圓11正面的第二金屬線13相互接觸，由于所述第一金屬線與所述第二金屬線彼此不平行，因此形成交叉接觸。所述第一金屬線和所述第二金屬線的彼此交叉接觸而形成四端金屬結(jié)構(gòu)。
[0037]本實(shí)用新型中，由于所述第一金屬線與所述第二金屬線是相交的，彼此交叉形成的水平夾角的大小不確定，可以根據(jù)需要選取，只要所述兩條金屬線不重合即可。因此本實(shí)用新型中所述第一金屬線和第二金屬線彼此形成的水平夾角不可以為O度、180度或360度。如圖1中的α表示所述兩條金屬線之間形成的水平夾角。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述夾角α的取值范圍為O度至180度。為了測(cè)試電阻方便，本實(shí)施例中，所述夾角α為90度，即所述第一金屬線和所述第二金屬線在水平方向上垂直，其水平夾角α為90度。
[0038]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述第一金屬線12和所述第二金屬線13的長(zhǎng)度可以相等或不等。任意適合MEMS工藝的金屬線長(zhǎng)度的取值均落在本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的所述第一金屬線和所述第二金屬線長(zhǎng)度的取值為10微米至20微米，作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，本實(shí)施例中，所述第一金屬線12和所述第二金屬線13的長(zhǎng)度取值相等，同時(shí)所述第一金屬線和所述第二金屬線長(zhǎng)度分別為10微米。
[0039]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述第一金屬線12和所述第二金屬線13的寬度可以相等或不等。任意適合MEMS工藝的金屬線寬度的取值均落在本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型所述第一金屬線和所述第二金屬線寬度的取值為I微米至5微米，作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，本實(shí)施例中，所述第一金屬線12和所述第二金屬線13的寬度取值相等，同時(shí)所述第一金屬線和所述第二金屬線寬度的取值分別為2微米。
[0040]如圖1所示，所述第二晶圓11的背面露在最上端，所述第二晶圓11的背面上設(shè)置有四個(gè)焊墊，分別為:焊墊111、焊墊112、焊墊113以及焊墊114。所述四個(gè)焊墊分別從所述第二晶圓背面穿過(guò)所述第二晶圓正面。所述焊墊111和所述焊墊112分別接觸于位于所述第一晶圓正面的所述第一金屬線12的兩端上凸起的金屬塊121，所述金屬塊121屬于所述第一金屬線12的一部分，其作用是支撐所述焊墊111和焊墊112，使得所述焊墊111和所述焊墊112與所述第一金屬線12的兩端接觸；而所述焊墊113和所述焊墊114則分別接觸于位于所述第二晶圓正面的所述第二金屬線13的兩端。所述焊墊的材質(zhì)包括銅或鋁等導(dǎo)電金屬。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，本實(shí)施例中的所述四個(gè)焊墊的材質(zhì)均為金屬鋁。所述焊墊的形狀可以為圓形，正方形或矩形等。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，本實(shí)施例中所述四個(gè)焊墊的形狀相同，同時(shí)所述四個(gè)焊墊的形狀均為正方形，本實(shí)用新型中，所述形狀為正方形的所述四個(gè)焊墊的邊長(zhǎng)為5微米至10微米。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，本實(shí)施例中所述正方形的邊長(zhǎng)為5微米。
[0041]至此，由位于所述第一晶圓正面的所述第一金屬線和位于所述第二晶圓正面的所述第二金屬線交叉接觸所形成的四端金屬結(jié)構(gòu)已經(jīng)構(gòu)成。本實(shí)用新型是為了有效監(jiān)測(cè)所述第一晶圓與所述第二晶圓表面的鍵合質(zhì)量以及鍵合性能的可靠性，將所述第一金屬線和所述第二金屬線由于鍵合而交叉接觸形成的四端金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行電阻測(cè)試，所述電阻由所述第一金屬線與所述第二金屬線的接觸部分所形成。
[0042]圖2表示的是圖1沿AA’方向的截面示意圖。在所述第一金屬線12的上方具有第二金屬線13，圖2中只能看到與所述第二金屬線13連接的焊墊114，而焊墊113被所述焊墊114擋住，在所述第一金屬線12兩端的上表面具有金屬塊121，所述金屬塊121接觸于所述焊墊1121以及焊墊112。
[0043]圖3表示為圖2中所述第二金屬線13水平旋轉(zhuǎn)90°的本實(shí)用新型的測(cè)試原理示意圖。為了觀察方便，將所述第二金屬線13水平旋轉(zhuǎn)90°后來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的測(cè)試原理。而現(xiàn)實(shí)中本實(shí)用新型中所述第二金屬線13不會(huì)被旋轉(zhuǎn)，因此本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不會(huì)被改變。圖3可以直觀的反映出所述四端金屬結(jié)構(gòu)的四個(gè)端以及與所述四端分別連接的焊墊。其中所述第一晶圓正面上的所述第一金屬線12的兩端分別連接所述焊墊111和焊墊112 ;所述第二晶圓正面上的所述第二金屬線13的兩端分別連接所述焊墊113和焊墊114，圖1或圖2中所述第一金屬線與所述第二金屬線接觸部分的電阻在圖3中被單獨(dú)給出，SP為了方便說(shuō)明測(cè)試原理，所述第一金屬線與所述第二金屬線接觸部分的電阻被等效為圖3中的接觸電阻20。當(dāng)測(cè)試所述接觸電阻20的阻值時(shí)，在所述焊墊112與焊墊114之間連接電源21，在所述焊墊114、所述第二金屬線13與焊墊114連接的所述第二金屬線部分、接觸電阻20、所述第一金屬線與所述焊墊112連接的所述第一金屬線部分以及所述焊墊112的回路中形成電流。用晶圓允收測(cè)試方法(WAT)測(cè)試上述回路中電流值的大小，圖3中的虛線表示電流流向，電流值i代表流過(guò)所述接觸電阻20的電流值。本實(shí)施例中，電流值i的取值范圍為ImA至50mA。
[0044]進(jìn)一步，利用WAT測(cè)試方法測(cè)試所述第一金屬線12的另一端連接有所述焊墊111處的電壓值Ul，測(cè)試所述第二金屬線13的另一端連接有所述焊墊113處的電壓值U2，該兩端電壓值作差并取其絕對(duì)值，即Iu1-U2I表示所述接觸電阻在其構(gòu)成的回路中當(dāng)流過(guò)所述接觸電阻20的電流為i的情況下的電壓值。所述接觸電阻20的電阻值R= IU1-U21/i。
[0045]在圖3中所述回路中給予一系列不斷變化的電流值i，所測(cè)得的Ul和所測(cè)得的U2的值不斷變化，因此得出一系列不同的電壓差I(lǐng)u1-U2I,由一系列電流值i和一系列電壓差I(lǐng)u1-U2I在以“電壓-電流”構(gòu)成的二維坐標(biāo)系中繪制曲線。得出所述接觸電阻20的阻值。
[0046]熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，所述接觸電阻20的阻值符合伏安特性曲線中所決定的電阻值，即代表所述第一晶圓與所述第二晶圓的鍵合質(zhì)量良好；如果所測(cè)出的“電流-電壓”曲線不符合伏安特性曲線即說(shuō)明所述第一晶圓與所述第二晶圓的鍵合質(zhì)量和可靠性能差。于是，本實(shí)用新型的測(cè)試結(jié)構(gòu)以及測(cè)試方法可以直觀的反映所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合的質(zhì)量和可靠性能的好壞。
[0047]綜上所述，本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，通過(guò)測(cè)試鍵合處電阻的阻值，來(lái)判斷所述第一、第二晶圓彼此鍵合的質(zhì)量和可靠性，具有以下有益效果:可以有效提高半導(dǎo)體微機(jī)電機(jī)械系統(tǒng)在制程中性能的可靠性和產(chǎn)品的良率。所以，本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0048]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)至少包括: 正面設(shè)有第一金屬線的第一晶圓； 正面設(shè)有與所述第一金屬線交叉的第二金屬線的第二晶圓； 所述第一、第二晶圓的正面彼此鍵合，使得所述第一金屬線和第二金屬線接觸； 所述第二晶圓背面設(shè)有穿過(guò)其正面并分別接觸于所述第一、第二金屬線兩端的焊墊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一、第二金屬線的材質(zhì)包括銅或鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一金屬線與所述第二金屬線交叉形成夾角，所述夾角大于O度且小于180度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述夾角為90度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述焊墊的材質(zhì)包括銅或招。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一、第二金屬線的長(zhǎng)度為10微米至20微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一、第二金屬線的長(zhǎng)度相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一、第二金屬線的寬度為I微米至5微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述焊墊的形狀相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的監(jiān)測(cè)晶圓鍵合質(zhì)量的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述焊墊的形狀為邊長(zhǎng)為5微米至10微米的正方形。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK203707089SQ201420070211
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】鄭超, 陳福成 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司