[發(fā)明專利]晶圓級氣密封裝的微小腔體內(nèi)部氣壓測試方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011252444.6
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112504546B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃欽文;恩云飛;董顯山;來萍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)研究所（（工業(yè)和信息化部電子第五研究所）（中國賽寶實(shí)驗(yàn)室））
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02;G01L11/00;B81C99/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 黃媛君

本發(fā)明公開了晶圓級氣密封裝的微小腔體內(nèi)部氣壓測試方法和系統(tǒng)，測試方法包括如下步驟：通過應(yīng)力測量裝置獲取多個(gè)微小腔體內(nèi)外氣壓差已知的晶圓級氣密封裝結(jié)構(gòu)標(biāo)定樣品的蓋帽表面應(yīng)力，并獲取應(yīng)力值與氣壓差的關(guān)聯(lián)模型；通過應(yīng)力測量裝置獲取晶圓級氣密封裝結(jié)構(gòu)待測樣品蓋帽表面的應(yīng)力值；通過測得的待測樣品表面應(yīng)力值及應(yīng)力值與氣壓差的關(guān)聯(lián)模型獲取待測樣品微小腔體的內(nèi)部氣壓。本發(fā)明對晶圓級氣密封裝結(jié)構(gòu)的蓋帽無透光性要求，可實(shí)現(xiàn)通過蓋帽表面應(yīng)力的測試表征，從而獲取微小腔體內(nèi)部氣壓變化的信息。本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及晶圓級氣密封裝的微小腔體內(nèi)部氣壓測試方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

晶圓級封裝的氣密對于MEMS器件的性能及可靠性都有重要影響，這是因?yàn)榱己玫臍饷芊庋b可以確保MEMS器件，特別是具有可動(dòng)結(jié)構(gòu)的MEMS器件工作在低阻尼的環(huán)境中。而外部氣體的滲透或者是內(nèi)部材料的釋氣都會(huì)導(dǎo)致MEMS晶圓級氣密封裝的微小腔體內(nèi)氣壓的變化，從而導(dǎo)致器件性能的退化，如圓片級真空封裝陀螺儀的品質(zhì)因子會(huì)隨著微小腔體內(nèi)氣壓的上升而下降。

對于IC產(chǎn)品的氣密性測試，通常是基于GJB 548B中的方法進(jìn)行測試。然而，目前無論是理論或者是試驗(yàn)都已表明，對于晶圓級真空封裝的MEMS器件，基于GJB 548B中的方法存在較大局限，這是因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)中涉及的最小體積是0.05cm³，而目前許多晶圓級真空封裝MEMS器件的有效腔體體積遠(yuǎn)小于該值，因此，對于晶圓級真空封裝MEMS器件的氣密性測試，需要研究新的測試方法以滿足MEMS器件微小腔體內(nèi)氣壓的測試評價(jià)需求。

針對上述問題，目前已有多種技術(shù)研究以解決MEMS微小腔體內(nèi)氣壓及氣壓變化的測試需求，如品質(zhì)因子監(jiān)測法、殘余氣體分析法、IR透射法以及拉曼光譜法等。其中，品質(zhì)因子監(jiān)測法需要在MEMS真空封裝腔體內(nèi)設(shè)計(jì)測試品質(zhì)因子的專門的測試結(jié)構(gòu)。殘余氣體分析法則為破壞性分析方法，通過扎破微小腔體，并對腔體內(nèi)的氣體進(jìn)行取樣然后用質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，獲取腔內(nèi)氣體的相關(guān)信息。但該方法首先是需要進(jìn)行破壞性分析，其次是對于MEMS真空封裝腔體，里面的氣體分子較少，難以滿足目前質(zhì)譜儀分析的最低要求。

而IR透射法和拉曼光譜法都是需要封裝結(jié)構(gòu)的蓋帽為光學(xué)透明的材料，以便光線能夠進(jìn)入腔體，并攜帶腔體內(nèi)相關(guān)氣體分子的信息反射出去，從而獲取氣體的構(gòu)成成分及氣體量的多少。IR透射法和拉曼光譜法都是通過測試腔體內(nèi)部的氣體成分及氣體量的方法以獲取腔內(nèi)氣體的相關(guān)信息，具有非破壞性的優(yōu)點(diǎn)，對試驗(yàn)前后的MEMS真空封裝腔體氣壓進(jìn)行監(jiān)測，可以獲取試驗(yàn)前后腔體內(nèi)的氣體變化信息，有助于推斷腔體氣壓下降的根源，如判斷氣壓下降是來源于內(nèi)部材料釋氣還是封裝結(jié)構(gòu)漏氣。為了能夠?qū)崿F(xiàn)測試時(shí)光線能夠進(jìn)行微小腔體并反射回測試設(shè)備，要求晶圓級MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)的封裝蓋帽必須為光學(xué)透明材料，否則難以滿足透光要求。因此，對于許多封裝蓋帽不是光學(xué)透明的結(jié)構(gòu)，無法使用這兩種方法進(jìn)行測試分析，因此，這兩種方法的通用性較差，僅適用于透明蓋帽的封裝結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供了晶圓級氣密封裝的微小腔體內(nèi)部氣壓測試方法，對晶圓級氣密封裝結(jié)構(gòu)的蓋帽無透光性要求，可實(shí)現(xiàn)通過蓋帽表面應(yīng)力的測試表征，從而獲取微小腔體內(nèi)部氣壓變化的信息。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供了晶圓級氣密封裝的微小腔體內(nèi)部氣壓測試系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：晶圓級氣密封裝的微小腔體內(nèi)部氣壓測試方法，包括如下步驟：

通過應(yīng)力測量裝置獲取多個(gè)微小腔體內(nèi)外氣壓差已知的晶圓級氣密封裝結(jié)構(gòu)標(biāo)定樣品的蓋帽表面應(yīng)力，并獲取應(yīng)力值與氣壓差的關(guān)聯(lián)模型；

通過應(yīng)力測量裝置獲取晶圓級氣密封裝結(jié)構(gòu)待測樣品蓋帽表面的應(yīng)力值；

通過測得的待測樣品表面應(yīng)力值及應(yīng)力值與氣壓差的關(guān)聯(lián)模型獲取待測樣品微小腔體的內(nèi)部氣壓。