[發明專利]一種確定晶圓鍵合過程中最佳鍵合力的理論方法

在審

• 申請號: 202210375605.3
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114840800A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 孫韻韻;姜嘉豪
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;B81C3/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 龔雅靜

本發明公開了一種確定晶圓鍵合過程中最佳鍵合力的理論方法，包括：步驟S1、提供第一晶圓和第二晶圓，獲取第一晶圓的初始曲率系數和第一晶圓的曲率半徑；步驟S2、獲取第一晶圓和第二晶圓自發鍵合后，第一晶圓的第一改變曲率系數和第一彈性應變能；步驟S3、獲取對第一晶圓施加鍵合力后，第一晶圓的第二彈性應變能和第二改變曲率系數；步驟S4、獲取第一晶圓和第二晶圓之間的接觸面積；步驟S5、得到單位面積應變能，通過單位面積應變能獲取最佳鍵合力關系式，進而得到第一晶圓和第二晶圓鍵合質量最優時的鍵合力，相比于現有的實驗測試法和有限元仿真法，只需要進行純計算就可以得到何時鍵合質量最優。

技術領域

本發明涉及晶圓鍵合技術領域，具體涉及一種確定晶圓鍵合過程中最佳鍵合力的理論方法。

背景技術

晶圓鍵合是晶圓級的封裝技術，用于制造微機電系統(MEMS)、納米機電系統(NEMS)、微電子學和光電子學，從而確保機械穩定且密封的封裝。用于MEMS/NEMS的晶圓直徑范圍從4英寸到8英寸，而用于生產微電子設備的晶圓直徑范圍可達12英寸。在微電子工業的早期，使用了較小的晶圓，在1950年代，晶圓的直徑僅為1英寸。晶圓的鍵合技術有直接鍵合、表面活化鍵合、陽極鍵合等多種，晶圓室溫直接鍵合主要得益于晶圓表面的短程分子力和原子間作用力，如氫鍵和范德華力，當晶圓表面的翹曲度和粗糙度小于一定值，便會發生自發鍵合現象，此時再施加一定的鍵合力晶圓才可以完全鍵合。根據晶圓鍵合的條件，只有當單位鍵合面積上的彈性應變能小于界面吸附能時，晶圓才能得到較高的鍵合質量。因此，為了有效提高晶圓鍵合質量，考慮晶圓的自發鍵合現象，研究鍵合力對鍵合質量的影響規律具有重要意義。

目前獲得晶圓最佳鍵合質量的方法主要有兩種：第一種是常用的實驗測試法，通過不同的實驗參數加工得到樣片以后，使用紅外透射顯微鏡觀測鍵合界面，獲得鍵合界面和鍵合率的數據，對比得出最佳的實驗參數，通過實驗手段尋求晶圓鍵合質量最優時所需的鍵合力，實驗方法操作過程繁瑣，成本高，通用性、遍歷性和可靠性較低；另一種是模擬仿真法，通過建立有限元模型來模擬鍵合過程，通過改變鍵合力和晶圓幾何參數，尋求最優鍵合力，該方法難以考慮晶圓自發鍵合的影響，而且與實驗法類似，有限元模型需要隨樣片的材料尺寸變化進行調整，所得到的結論普適性較低。

發明內容

根據現有技術的不足，本發明的目的是提供一種確定晶圓鍵合過程中最佳鍵合力的理論方法，提供了晶圓鍵合質量達到最優時的鍵合力計算方法，省時省力。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種確定晶圓鍵合過程中最佳鍵合力的理論方法，包括：

步驟S1、提供第一晶圓和第二晶圓，獲取第一晶圓的初始曲率系數和第一晶圓的曲率半徑；

步驟S2、獲取第一晶圓和第二晶圓自發鍵合后，第一晶圓的第一改變曲率系數和第一彈性應變能；

步驟S3、獲取對第一晶圓施加鍵合力后，第一晶圓和第二改變曲率系數；

步驟S4、獲取第一晶圓和第二晶圓之間的接觸面積；

步驟S5、根據第二改變曲率系數獲取對第一晶圓施加鍵合力后，第一晶圓的第二彈性應變能關于鍵合力的函數表達式，根據第二彈性應變能及接觸面積得到單位面積應變能，根據單位面積應變能對鍵合壓力求偏導并計算函數表達式的拐點，得到最佳鍵合壓力表達式，結合上晶圓面積獲取最佳鍵合力關系式，進而獲取第一晶圓和第二晶圓鍵合質量最優時的鍵合力。

進一步地，所述步驟S1中，通過測量第一晶圓的幾何參數，獲取第一晶圓的初始曲率系數和第一晶圓的曲率半徑，其中，第一晶圓的幾何參數包括厚度h₁，半徑r₁，翹曲度δ₁，第一晶圓的初始曲率系數c₁的計算公式為：