[發明專利]圓片鍵合質量可靠性測試結構及可靠性測試方法

有效

• 申請號: 202010160624.5
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111413560B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 董顯山;來萍;黃欽文;黃云;楊少華
• 申請（專利權）人: 中國電子產品可靠性與環境試驗研究所（（工業和信息化部電子第五研究所）（中國賽寶實驗室））
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R27/02;G01N3/24;B81B7/02
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 周玲

本申請涉及一種圓片鍵合質量可靠性測試結構及可靠性測試方法；其中，圓片鍵合質量可靠性測試結構，包括依次相接觸串聯固定在機械支撐層上的多個圓片鍵合結構組件；還包括設于首個圓片鍵合結構組件處的第一測試位點，和設于末端圓片鍵合結構組件處的第二測試位點；圓片鍵合結構組件包括通過導電的橋梁結構連接的兩個圓片鍵合結構；圓片鍵合結構包括依次層疊在機械支撐層上的金屬層、結構層；任一圓片鍵合結構的結構層通過橋梁結構連接另一圓片鍵合結構的結構層；任一圓片鍵合結構的金屬層與相鄰圓片鍵合結構組件中任一圓片鍵合結構的金屬層通過金屬布線相接觸；本申請可通過測試圓片鍵合結構的接觸電阻，實現對圓片鍵合的無損檢測。

技術領域

本申請涉及微機械系統技術領域，特別是涉及一種圓片鍵合質量可靠性測試結構及可靠性測試方法。

背景技術

微機械系統(Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)是在微電子制造技術基礎上結合微機械加工工藝制造而成，典型MEMS器件可以包括加速度計、陀螺儀、壓力傳感器、麥克風以及微鏡等。不同于集成電路器件具有的二維平面結構，MEMS器件通常具有三維機械結構；其中，圓片鍵合工藝是實現三維結構的關鍵工藝，而圓片鍵合結構是MEMS三維機械結構的基礎。MEMS圓片鍵合工藝是通過陽極鍵合/熔融鍵合等技術將同種或不同種材料連接在一起，形成多層結構以完成機械支撐和電學連接等功能，其強度一般遠高于采用粘接劑完成的粘接。

MEMS圓片鍵合結構本質上是一種多層結構，具有層間界面，在溫度、濕度、振動、沖擊等環境應力作用下易發生層間開裂、剝離等可靠性問題，尤其是對于不同種材料制造而成的圓片鍵合結構，如硅-玻璃陽極鍵合中的硅材料和玻璃材料，由于材料熱失配問題，其在溫度應力作用下，易導致失效問題。

在實現過程中，發明人發現傳統技術中至少存在如下問題：目前，針對MEMS圓片鍵合質量可靠性的評估，主要通過包括剪切強度、抗拉強度在內的強度來評判，或者通過切片剖面來觀測鍵合界面狀態，但這些方法均為破壞性測試方法，進而影響到對其退化演變規律的可靠性研究和無損篩選等工作。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠實現無損測試的圓片鍵合質量可靠性測試結構及可靠性測試方法。

為了實現上述目的，一方面，本申請實施例提供了一種圓片鍵合質量可靠性測試結構，包括依次相接觸串聯固定在機械支撐層上的多個圓片鍵合結構組件；還包括設于首個圓片鍵合結構組件處的第一測試位點，和設于末端圓片鍵合結構組件處的第二測試位點；

圓片鍵合結構組件包括通過導電的橋梁結構連接的兩個圓片鍵合結構；圓片鍵合結構包括依次層疊在機械支撐層上的金屬層、結構層；任一圓片鍵合結構的結構層通過橋梁結構連接另一圓片鍵合結構的結構層；任一圓片鍵合結構的金屬層與相鄰圓片鍵合結構組件中任一圓片鍵合結構的金屬層通過金屬布線相接觸；

其中，基于第一測試位點和第二測試位點，獲取總電阻，并根據總電阻確認圓片鍵合界面狀態，得到圓片鍵合質量和可靠性測試結果。

在其中一個實施例中，第一測試位點為第一焊盤；第二測試位點為第二焊盤；

第一焊盤通過第一金屬布線連接首個圓片鍵合結構組件；其中，首個圓片鍵合結構組件中遠離相鄰圓片鍵合結構組件的圓片鍵合結構，通過金屬層連接第一金屬布線；

第二焊盤通過第二金屬布線連接末端圓片鍵合結構組件；其中，末端圓片鍵合結構組件中遠離相鄰圓片鍵合結構組件的圓片鍵合結構，通過金屬層連接第二金屬布線。

在其中一個實施例中，第一金屬布線的材質包括鈦、鉑或金；第二金屬布線的材質包括鈦、鉑或金。

在其中一個實施例中，機械支撐層的材質為玻璃；結構層的材質為摻雜后的硅；橋梁結構的材質為摻雜后的硅；金屬層的材質為鈦、鉑或金。