一种精确的剪切测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及晶片剪切测试领域，尤其涉及用于测量晶片间键合牢固程度的剪切测 试方法。
【背景技术】
[0002] 晶片键合（waferbonding)是微机电系统（MEMS)器件制造中非常重要的一道技术 环节。随着娃通孔（TSV)、MEMS等3D制造技术的迅速发展，对键合（bonding)技术及键合 质量的要求也愈加详细和严格起来。
[0003] 对晶片键合质量的评价通常包括键合精确度、晶片弯曲、剪切测试、器件电学特性 (例如，Q因子）等方面。其中，剪切测试作为评价键合后晶片间粘接牢固程度的唯一测试 项目，其测试结果成为反映晶片键合质量的决定性因素。因此，剪切测试的测试方法合理性 与准确性也更加重要起来。
[0004] 通过物体做一截面，作用在这个截面内的力称为剪切力。剪切力除以其作用面积， 所得结果称为剪应力。剪切测试是测试键合后器件所能承受剪切力的测试。考虑到器件键 合柱体（bondingcolumn)面积是相同的，因此剪应力与剪切力线性相关，成为判断键合质 量的一个重要因素。
[0005] 根据被测器件的要求不同，剪切测试可分为通过型和极限型两大类。通过型测试 要求管芯在剪切测试中能在一定剪切力下，被键合的两部分不发生分离；而极限型则更关 注被键合的两部分在不发生分离的情况下，所能承受的最大剪切力。
[0006] 通常剪切测试在晶片键合完成后进行。测试前，先将晶片按管芯分割，然后再对单 个管芯做剪切测试。晶片的剪切测试是通过对单个管芯的剪切测试实现的。
[0007] 剪切测试实施过程如图1所示。底部晶片101通过键合柱体102与上部晶片103 键合。然后对键合后的晶片进行切片以形成管芯100。首先，将工具刃口 110垂直置于待 测管芯100 -侧，使得刃口 110对准上部晶片103。然后，通过刃口 110沿水平方向施加推 力F，分别以不同恒定水平力F推上部晶片103,或从某特定数值开始，线性增大水平推力F。 观察不同水平推力F下，上部晶片103被推动的情况。当上部晶片103与底部晶片101分 离时，所施加的最大推力即为该管芯所能承受的最大切向力。
[0008] 图2示出了对晶片中分布的9个管芯进行剪切测试的测试结果。从图2所示出的 测试结果可知，由于测试结果偏差较大，无法根据剪切测试结果，准确判断出晶片的键合质 量情况，仅能做出晶片键合后剪切测试均匀性差的结论。
[0009] 对剪切测试后的断裂区进行观测发现：有些断裂区为键合柱体整体被推开；而有 些断裂区则是部分键合柱体断裂、剥离。这种差异是由于被推开晶片的自身结构不同所引 起的，而不是因为键合均匀性差导致的。
[0010] 之所以出现这种情况，正是因为现有剪切测试方法存在不准确缺陷所致。
[0011] 现有剪切测试方法存在以下问题：
[0012] 1.剪切测试是破坏性的，代价是被测器件的损坏。每测试一个管芯，就要损坏一 个。尤其是极限型剪切测试，必然导致器件损坏。
[0013] 2.准确度不足。由于每个管芯都具有自身的特点，因此无法保证每个管芯被推开 的情况都相同。管芯一旦被推开，就失去了再次测试的机会。这样，同一枚晶片上不同管芯 必然存在测试间差异，而且这种差异也无法避免。因而，我们无法准确判断晶片的键合质 量。同时也使键合均匀性变得难判别。
[0014] 因此，需要一种精确的剪切测试方法，通过该方法能够得出符合实际情况的剪切 力计算公式，从而根据器件键合区域面积计算出剪切力。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的是提供一种精确的剪切测试方法，通过该方法能够得到符合实际情 况的剪切力计算公式，从而根据管芯键合区域面积计算出剪切力。
[0016] 根据本发明的一个方面，提供一种精确的剪切测试方法，该方法包括：在待键合晶 片上制作一组测试关键区，所述一组测试关键区中的每一个测试关键区均包含至少一个键 合柱体，且所述一组测试关键区每一个的键合柱体的总横截面面积依次递增；对所述待键 合的晶片进行键合；依据管芯的分布及测试关键区的分布，对键合后的晶片进行切片；分 别对每一个测试关键区进行剪切测试，记录每个测试关键区在被推开时的最大剪切力F; 针对每个测试关键区的所测得的最大剪切力F与键合柱体总横截面面积进行数值拟合，从 而得到剪切力公式。
[0017] 根据本发明的一个方面，前述方法还包括将管芯的键合柱体的总横截面面积代入 所述剪切力公式，推测相同键合工艺下管芯的最大剪切力F推iW。
[0018] 根据本发明的一个方面，前述方法还包括：在所述晶片上随机选择管芯进行剪切 测试以获得所述管芯的实测的最大剪切力;将利用所述剪切力公式推测的管芯最大剪 切力F#iW与所述实测的最大剪切力!^_进行比较，以确定二者是否相符；如果不相符，则 利用所述实测的最大剪切力对所述剪切力公式进行修正，从而获得经修正的剪切力公 式。
[0019] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述随机选择管芯不少于5个，对这些管 芯进行剪切测试，每个管芯的键合柱体的横截面面积相同，对每个管芯的实测的最大剪切 力取平均值作为实测的最大剪切力
[0020] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述随机选择管芯不少于5个，对这些管 芯进行剪切测试，每个管芯的键合柱体的横截面面积不同，获得与不同面积对应的多个实 测的最大剪切力，将所述多个实测的最大剪切力和对应的推测的最大剪切力F推aj 进行比较，以确定每个管芯的实测最大剪切力与推测最大剪切力是否相符。
[0021] 根据本发明的一个方面，前述方法还包括：如果所述推测的最大剪切力F#iW与所 述实测的最大剪切力之差小于所述实测的最大剪切力!^_的15%，则确定所述推测的 最大剪切力F#iW与所述实测的最大剪切力F_w相符。
[0022] 根据本发明的一个方面，前述方法还包括如果所述推测的最大剪切力F#iW与所述 实测的最大剪切力FgW之差小于所述实测的最大剪切力的5%，则确定所述推测的最 大剪切力F#iW与所述实测的最大剪切力F_w相符。
[0023] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述修正包括：对所述推测的最大剪切力 F_和所述实测的最大剪切力取平均，得到FTO= 1/2 (F_+F_)，再利用所述 与其对应的管芯面积进行拟合来获得经修正的剪切力公式。
[0024] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述修正可进行多次。
[0025] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述修正进行的次数少于5次。
[0026] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述一组测试关键区包括至少5个测试 关键区。
[0027] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述一组测试关键区包括6-9个测试关 键区。
[0028] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述键合柱体为圆柱体、正方体、长方体 或六面体，所述键合柱体的高度和层叠结构与晶片上需要键合的管芯的键合柱体相同。
[0029] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，通过依次增加测试关键区所包含的键合 柱体的数量来使所述测试关键区所包含的键合柱体的总横截面面积依次递增。
[0030] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，通过依次增加测试关键区所包含的每个 键合柱体的横截面面积来使所述测试关键区所包含的键合柱体的总横截面面积依次递增。
[0031] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述键合通过热压键合、阳极键合、熔融 键合或绝缘体上的娃键合来实现。
[0032] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述数值拟合是线性拟合。
[0033] 根据本发明的一个方面，在前述方法中，所述数值拟合是含有指