[發(fā)明專利]晶圓級(jí)氣密性的測(cè)試結(jié)構(gòu)及測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310386263.6
• 申請(qǐng)日: 2013-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN103434998A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉瑋蓀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司
• 主分類號(hào): B81B3/00
• 分類號(hào): B81B3/00;B81B7/00;B81C1/00;G01M3/40
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓級(jí)氣密性的測(cè)試結(jié)構(gòu)及測(cè)試方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical-Systems，MEMS）是利用微細(xì)加工技術(shù)在單塊硅芯片上集成傳感器、執(zhí)行器、處理控制電路的微型系統(tǒng)，其中的處理控制電路使用傳統(tǒng)的微電子制造工藝制成（如CMOS、Bipolar、BICOMS等）。在MEMS的眾多工藝環(huán)節(jié)中，以MEMS的封裝最為引人注目，難度也最大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，MEMS的封裝成本約占整個(gè)MEMS器件成本的50～80％。

MEMS封裝的目的就是將MEMS裝置和附加IC電路組成一個(gè)完成的MEMS系統(tǒng)，完成電互連、功能的實(shí)現(xiàn)和保護(hù)。由于MEMS裝置中含有一些微小的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如果使其暴露在惡劣多變的工作環(huán)境下，一方面會(huì)造成微結(jié)構(gòu)的破壞，另一方面由于灰塵、化學(xué)溶劑、溫度、濕度、壓力等的不確定性也會(huì)造成MEMS器件性能的不穩(wěn)定，甚至失靈。

如圖1所示，通常封裝采用晶圓級(jí)密封，即在晶片（晶片1和2鍵合后再與晶片3鍵合）上直接對(duì)需要保護(hù)的MEMS裝置A進(jìn)行密封，也就是只對(duì)晶片的局部進(jìn)行密封，這類密封工藝一般在將MEMS器件B從晶片上切割下來(lái)之前、在整個(gè)晶片上進(jìn)行的。此外，對(duì)需要保護(hù)的MEMS裝置進(jìn)行密封的方式通常采用固相鍵合技術(shù)，如圖2和3所示，把若干具有平面結(jié)構(gòu)的晶片重疊結(jié)合在一起，例如具有空腔1-1的晶片1、晶片2和具有空腔3-1的晶片3重疊結(jié)合在一起（B、C鍵合），MEMS裝置A存在與晶片2中，空腔為真空，從而構(gòu)成MEMS器件。由于MESMS封裝中的不良的密封性對(duì)于MEMS器件的可靠性來(lái)說(shuō)起著關(guān)鍵的作用，所以，晶片重疊結(jié)合在一起的鍵合界面需要?dú)饷苄粤己谩?/p>

但是，現(xiàn)有的鍵合界面氣密性的測(cè)量方法，需要將晶片切割成一個(gè)個(gè)MEMS器件（Die），并逐一對(duì)每個(gè)MEMS器件進(jìn)行密封測(cè)量以判斷其密封性的好壞。而對(duì)每個(gè)MEMS器件的鍵合界面進(jìn)行氣密性的測(cè)量方法，一是判斷位于晶片3表面上的鋁凸塊A與位于晶片2表面上的鍺凸塊B是否對(duì)準(zhǔn)，二是做拉力測(cè)試，以測(cè)試需要用多大的力量才可以將鋁凸塊A和鍺凸塊B鍵合的界面分開，力量越小，鍵合界面氣密性越差，反之，氣密性越好。這種測(cè)量MEMS器件密封的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種晶圓級(jí)氣密性的測(cè)試結(jié)構(gòu)及測(cè)試方法，使測(cè)量MEMS器件氣密性的方法操作簡(jiǎn)單、效率高、成本低。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種晶圓級(jí)氣密性的測(cè)試方法，包括：

提供鍵合的第一晶片和第二晶片，所述第一晶片中形成有多個(gè)第一類空腔和一具有第一氣壓的第二類空腔，多個(gè)所述第一類空腔分布在所述第二類空腔的周圍；

在所述第二類空腔上的第二晶片中形成一凹槽；

在包圍每一所述第一類空腔和包圍所述第二類空腔的第二晶片上以及在所述凹槽的表面均形成第一金屬，其中，所述凹槽上形成的第一金屬與包圍所述第二類空腔而形成在第二晶片上的第一金屬相連；

在每一所述第一類空腔上的第二晶片中形成一MEMS裝置；

提供一第三晶片，所述第三晶片中形成有多個(gè)第三類空腔和一第四類空腔，多個(gè)所述第三類空腔分布在第四類空腔的周圍，在包圍每一所述第三類空腔和包圍所述第四類空腔的第三晶片上以及在所述第四類空腔的頂部形成第二金屬；

所述第三晶片與第二晶片鍵合，通過(guò)包圍每一所述第一類空腔而形成在第二晶片上的第一金屬與包圍每一所述第三類空腔而形成在第三晶片上的第二金屬鍵合形成每一MEMS器件，通過(guò)包圍所述第二類空腔而形成在第二晶片上的第一金屬與包圍所述第四類空腔而形成在第三晶片上的第二金屬鍵合形成一測(cè)試結(jié)構(gòu)，其中，所述第四類空腔具有的第二氣壓小于第一氣壓；

反復(fù)檢測(cè)所述測(cè)試結(jié)構(gòu)中的第四類空腔頂部的第二金屬與凹槽上的第一金屬間的電容，以評(píng)估MEMS器件的密封性能。

進(jìn)一步的，當(dāng)所述電容增大時(shí)，所述MEMS器件具有緊密的密封性能；當(dāng)所述電容減小時(shí)，所述MEMS器件不具有緊密的密封性能。

進(jìn)一步的，所述MEMS器件具有緊密的密封性能時(shí)，所述第二氣壓始終小于第一氣壓，所述凹槽對(duì)應(yīng)的第二晶片薄膜沿所述第四類空腔的方向向上彎曲。

進(jìn)一步的，當(dāng)所述MEMS器件不具有緊密的密封性能時(shí)，所述第二氣壓逐漸大于等于第一氣壓，所述凹槽對(duì)應(yīng)的第二晶片薄膜沿所述第四類空腔的方向，由向上彎曲逐漸變?yōu)椴粡澢蛳蛳聫澢?/p>

優(yōu)選的，所述第一金屬和第二金屬使用的材料不同且分別為鍺或鋁中的一種。