服务介绍
晶圆键合是利用不同的物理或化学机制实现两片晶圆，乃至不同材料或功能层相互结合的技术，以提高器件的性能和可靠性，目前在CIS、MEMS、NAND、DRAM、先进逻辑和先进封装等领域应用广泛。 晶圆键合分为： 直接晶圆键合 阳极晶圆键合 粘合剂晶圆键合 玻璃料晶圆键合 共晶晶圆键合 瞬态液相 (TLP) 晶圆键合 金属热压晶圆键合 晶圆键合从键合方式上，可分为永久键合和临时
服务范围全国
检测周期5-7个工作日，可加急
相关资质可提供CMA、CNAS检测报告
服务模式快递寄样、现场取样、人工送样
服务对象企事业单位、高等院校、科研院所
服务方向采购销售、竞标投标、生产研发、科研数据、诊断优化、司法服务
检测标准国家标准、行业标准、企业标准、地方标准、国外标准、非标定制
服务内容
晶圆键合是利用不同的物理或化学机制实现两片晶圆，乃至不同材料或功能层相互结合的技术，以提高器件的性能和可靠性，目前在CIS、MEMS、NAND、DRAM、先进逻辑和先进封装等领域应用广泛。
晶圆键合分为：
- 直接晶圆键合
- 阳极晶圆键合
- 粘合剂晶圆键合
- 玻璃料晶圆键合
- 共晶晶圆键合
- 瞬态液相 (TLP) 晶圆键合
- 金属热压晶圆键合
晶圆键合从键合方式上，可分为永久键合和临时键合+解键合。
晶圆键合从界面材料上，可分为直接键合和带中间层的键合
以下主要对熔融键合（fusion bonding）、阳极键合（anodic bonding）、混合键合（hybrid bonding）进行介绍
1. 熔融键合（fusion bonding）
熔融键合是一种不使用粘结剂，通过光滑表面的直接接触实现晶圆结合的方法。
（1）亲水键合
（2）疏水键合
2. 阳极键合（anodic bonding）
阳极键合是一种将电子导电材料（如硅）与离子导电材料（如含钠玻璃）结合的方法，通常用于制造气密封装的MEMS器件。
3. 混合键合（hybrid bonding）
随着 2.5D、3D 和扇出封装技术的发展，铜微凸块可以实现器件与器件的垂直互连。通常，铜微凸块的pitch为40μm（凸块CD为25μm，Space为15μm），目前pitch已缩小到10μm。然而，当pitch<10μm时，微凸块开始遇到良率和可靠性挑战。
采用Cu-Cu混合键合技术可以解决此类问题，混合键合是在异质或同质芯片之间形成永久键合的过程。键合是“混合”的，既包括电介质-电介质的键合，还包括Cu-Cu的键合。混合键合可以提供1000倍于微凸块的连接数量，并将信号延迟降低到接近零的水平，可提供更高的内存密度以及更高的功率和速度效率。
晶圆键合力测试方法
在半导体键合工艺中，键合力是验证键合能力和良率的重要技术指标。键合力不足会导致键合后的晶圆出现剥离，造成良率损失。传统的键合力测试方法包括裂纹传播扩散法、静态液体油压法、四点弯曲分层法和直拉法等，其中裂纹扩散法是最常用的方法。然而，这些传统方法存在一些局限性，例如需要购置专门的键合力测试机台，增加了设备成本，且红外光测量方法容易受到晶圆掺杂浓度和金属布线的干扰，导致测量数据存在误差。
晶圆键合力测试方法步骤
晶圆准备
- 选取晶圆：选取两张晶圆，其中一张晶圆需要有氧化层，另一张晶圆无氧化层。有氧化层的晶圆通过气相沉积方法生长氧化层，厚度在1μm至3μm之间，然后使用化学机械抛光机台将氧化层研磨至0.5μm至2μm，厚度均匀性在1000Å至5000Å之间。另一张晶圆不需要生长氧化层，作为键合载片。
- 清洗晶圆：使用氨水、双氧水和去离子水混合液对两张晶圆进行清洗，然后在盐酸、双氧水和去离子水混合液中再次清洗。清洗后，测试晶圆表面颗粒度，确保0.12μm的颗粒数量少于10颗。测量晶圆翘曲度，确保其在0μm至50μm范围内，并检查晶圆表面有无划伤或破损等缺陷。
键合过程
- 键合操作：使用自动键合机台将两张晶圆进行键合，其中有氧化层的晶圆设置在无氧化层晶圆的下方。通过等离子体激活（功率设置在10瓦至60瓦之间）打开晶圆表面的价键，并通过对准台面进行精确对准，形成Si-O或Si-OH键。
空洞检测
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超声波扫描：使用超声波扫描机对键合后的晶圆进行空洞检测。扫描参数包括频率50赫兹至100赫兹、最大移动速度1.5m/s、加速度20m/s²、移动重复精度±0.05μm、扫描分辨率在3μm至300μm之间。确保晶圆边缘和内部无空洞，键合良率在99%以上。
退火处理
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退火操作：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。退火温度设置在300℃至450℃之间，退火时间设置为1小时至3小时，温度上升或下降速率为5℃/min，内部环境为氮气或压缩空气。退火后再次通过超声波扫描机检测键合空洞，确保键合良率。
制造裂纹
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插刀制造裂纹：在需要测量的晶圆键合界面处迅速插入刃形刀片，制造键合裂纹。刀片厚度选择在0.15mm至0.5mm之间，可插入长度为1cm至2.5cm，刀片宽度为2cm至4cm。插入后等待一分钟，确保裂纹扩展范围稳定。
注入溶液
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溶液注入与拔刀：当裂纹扩展范围稳定后，向裂纹处注入去离子水或其他溶液。由于虹吸现象，裂纹处会被溶液填满。然后缓慢匀速地拔出刀片，并使用氮气或无尘纸将晶圆表面的溶液去除，将干净的晶圆放入自动载片盒中。
测量裂纹长度
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超声波扫描测量：使用超声波扫描仪进行自动扫描，设置分辨率为50μm，测量时间为8分钟，测量键合裂纹距离晶圆边缘的长度。
多点测试
- 多点测量：为实现多点键合力测试，重复裂纹制造、溶液注入、拔刀和测量步骤。通常选取晶圆的3点钟、6点钟、9点钟和12点钟方向进行测量，计算键合能的平均值。
- 其中，t为晶圆厚度，y为刀厚度，L为裂纹长度，E为杨氏模量，n为测量键合能的点数。
计算多点键合能的平均值，公式如下：
优势
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成本低：利用生产车间现有的超声波扫描仪，无需额外购置设备，降低设备成本。
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精度高：超声波测量避免了红外光测量的局限性，适用于实际生产片，提供更高的测量精度和准确度。
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高效：自动化测量提高产能，减少人工操作误差。
本文提出的晶圆键合力测试方法通过优化晶圆准备、键合、退火、裂纹制造和测量流程，提供了一种高效、低成本的键合力测试方案。该方法适用于半导体制造中的实际生产片，能够有效提高键合力测试的精度和效率，降低生产成本，确保键合良率。通过多点测量和自动化扫描，该方法能够提供可靠的键合能数据，为半导体制造工艺的优化提供重要支持。
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