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GB／T 41853-2022 半导体器件 微机电器件 晶圆间键合强度测量.pdf简介：

GB/T 41853-2022是中国国家标准，全称是《半导体器件 微机电器件 晶圆间键合强度测量方法》。这个标准主要适用于半导体器件，特别是微机电器件中，对晶圆间键合强度的测量规定和方法。晶圆间键合强度是衡量半导体器件制造过程中，如集成电路（IC）制造中，多晶硅片之间的粘接力的重要指标。键合强度的高低直接影响到器件的可靠性和性能。

该标准可能包括了测试设备的选择、试样的制备、测试方法、数据处理和结果评价等详细内容，以确保测试结果的准确性和一致性。它可能涉及到的测试方法可能包括机械剥离法、拉伸试验、微探针测试等，这些都是评估晶圆间键合强度的常用方法。

遵循这个标准，可以确保半导体器件在微机电器件中的质量控制，提高产品的可靠性，并为设备设计和制造提供科学依据。

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半导体器件微机电器件 晶圆间键合强度测量

本文件没有需要界定的术语和定义。

键合强度测量方法有：目测法、拉力测试法、双悬臂梁测试法、静电测试法、气泡（气密性)测试法、三 点弯曲（形变）测试法，以及芯片剪切测试法

适用的检测设备可能会用到一台或多台，包括：光学显微镜（OM)、扫描声学显微镜(SAM)、扫描电 子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）DB14∕T 647-2012 公路沥青铺装层层间结合质量技术要求，以及红外摄像机（IR）或光学摄像机（OR）。

测量空隙面积的步骤如下： a) 用红外显微镜或光学显微镜观察空隙； b） 用红外摄像机或光学摄像机，或扫描声学显微镜获取空隙的图像； c）月 用获取的图像测量空隙面积。

依据表1“注”用“√"在表1中将观察结果表示出来

如图1所示，采用常规拉力测试方法测量晶圆键合强度。使用不同方法制备出已键合品圆后，将晶 圆切割成方形试样。切片后测量试样面积（A)的尺寸。采用合适的黏结剂将试样的正面与背面分别粘 到与负载单元相连的上螺柱和下螺柱表面。施加向上的拉力直到发生断裂。如果晶圆间键合强度非常 强，断裂通常发生在黏结剂界面。这种情况下不适合采用拉力测试法测试。因此，拉力测试法仅适用于 键合强度不太大且可以从键合界面断裂的情况。在拉动过程中，可以测量到随时间变化的施加的力或 断裂力（F。），如附录A所示。因此，键合强度可用公式（1)计算。

式中 0e 键合解除或断裂发生时的键合强度； F。 键合解除或断裂发生时施加的力（断裂力)； 试样的面积。

图1键合强度测量—拉力测试法

将对应的内容核对后填人表2。

图2键合强度测量—双悬臂梁测试法

裂缝长度是自由负载悬臂梁的应变能和键合面间的键合能能量平衡的结果。因此，该方法中 建合强度采用临界应变能释放率，而不采用断裂应力。临界应变能释放率按公式（2)计算：

E,Ehh² d (Eh²+Eh²)a

当h《h时，公式（2）为：

试验宜使用楔形刀刃和试样固定装置。 推荐使用厚度为30μm～200μm的刀刃。

3 Ehd2 G。 一 16 X a* 3 8

3 Ehd² G. 16 X a Eh²d² 8

真入表3，然后通过公式（2）、公式（3)或公式（4)计

表3 双悬臂梁测试法示例

应使用阳极键合机进行测试。阳极键合机一般由真空腔室，夹持上、下品圆的托盘，实现上、下品 合预紧的加压单元，提供负电场的电气系统，提供含有正离子的晶圆（如含Na+的玻璃片），以及 程中保持温度恒定的加热器组成。

将对应的内容填人表4。静电测试法只是一种定性分析方法，而不是准确的定量分析方法，通 用于快速而简单的对比晶圆键合强度。

当晶圆键合强度很高时，用拉力测试法或双悬臂梁测试法难以测量，适用气泡测试法。拉力测试 中，存在着过高的键合强度会导致试样与黏结剂剥离。双悬臂梁测试中，存在着过高的键合强度可能导 致键合界面尚未解除就出现某一晶圆层被破坏的情况，从而无法进一步测试。气泡测试法能降低上述 问题的发生几率。只要能制备试样，气泡测试法可用于任意键合方式的晶圆间键合强度测量，

本试验用的试样的下层晶圆制作了通孔、浅腔以及连接通孔和浅腔的微沟槽，如图4所示。通过 装有O型圈的夹具，将静压载荷管道与测试设备连接在一起。通过通孔与微沟槽，向试样的键 施加持续的静压载荷，直至键合解除。

两层晶圆键合之前，宜采用光刻、刻蚀等不会引人微裂纹的微加工工艺，在某晶圆的待键合表面制 作通孔、浅腔以及连接通孔和浅腔的微沟槽等结构。浅腔的形状宜制作圆形或者方形。然后将制备好 微结构的晶圆与无微结构的晶圆进行键合。键合后，利用切片工艺切割成合适尺寸的试样，其外形如图 4所示。各尺寸间的关系推荐如下： —a>5t1，5t2； w1，w2>2a； W>4a； w

4.6.3测试方法及设备

应测量至少10只试样，

4.6.3.2试样固定

及装有O型圈的夹具，将静压载荷管道与测试设

4.6.3.3施加静压载荷及测量键合强度

通过气体压力将静压载荷作用在试样的浅腔上。宜通过气体流量控制器控制压力的增加速率。为 满足准静态环境条件，气体压力宜缓慢增加。宜用压力表监测压力变化情况DB64∕T 047-1999 民用建筑节能设计标准 （采暖居住建筑部分）宁夏地区实施细则，直至键合解除。可通过键 合解除时键合材料断裂引起的压力表读数突然下降来检测试样键合强度。可以通过光学方法来观察试 样剥离全过程，如利用可见光光源观察透明材料或利用红外光光源观察硅材料。

4.6.3.4环境控制

试验过程中，测试环境应保持恒定的温度与相对湿度，

测试报告应包含以下内容： a）依据本文件； 键合的材料； c） 键合方法和条件； d） 试样的形状； e）键合解除时的压力。

《城市轨道交通直流牵引供电整流机组技术条件CJ/T 370-2011》测试报告应包含以下内容： a） 依据本文件； b） 键合的材料； c） 键合方法和条件； 试样的形状； e）键合解除时的压力

如图5所示，该方法是通过三点弯曲来评估晶圆键合强度的一种方法。对从键合晶圆切割的试样 （其键合界面包含未键合区域)进行三点弯曲测试，直到键合界面断裂。然后根据公式(5)计算弯曲断裂 强度。