晶圆断键强度检测装置以及检测方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种晶圆断键强度检测装置以及检测方法。

背景技术：

键合是半导体制造过程中一种不可或缺的技术，被广泛地运用于精密制造工艺特别是电子产品的机械及电气连接中。键合技术是指将两抛光硅片经化学清洗后贴合在一起，再经过高温退火处理，界面发生物理化学反应，形成化学键的连接。

在诸如背照式图像传感器制造工艺之类的半导体制造工艺中，需要将两个或更多的晶圆键合到一起，并且对键合的晶圆之间的键合力进行测量。目前键合强度测量有直拉法和裂纹传播法。直拉法被广泛用于键合片的键合强度测量中，是用拉开键合片的最大拉力来表示的，但这种方法却受到了拉力、手柄、粘合剂等的诸多限制，测量方法不够灵活、方便，同时也是一种破坏性检查方法。裂纹传播法，也称刀片法，是采用刀片沿键合界面插入，观测断裂深度来反应键合强度，这种方法操作简单，对键合片的破坏小，但测量度数误差大。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种晶圆断键强度检测装置以及检测方法，以提高对晶圆断键强度的检测的准确性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种晶圆断键强度检测装置，包括：工艺单元，用于对所述待测晶圆表面进行第一表面处理，使所述待测晶圆表面产生第一正离子和第一负离子；信号转换单元，用于根据所述第一正离子和第一负离子获取第一电信号。

可选的，所述第一电信号包括：第一电流信号或者第一电压信号。

可选的，还包括：信号放大单元，用于将所述第一电信号进行放大，获得第三电信号。

可选的，所述第一表面处理的工艺包括：等离子体处理。

可选的，所述工艺单元包括：腔室；位于腔室内的载物台，所述载物台用于放置待测晶圆；位于腔室内相对设置的阳极和阴极，所述阳极和阴极用于产生垂直于载物台方向的电场；与腔室电连接的射频电源，所述射频电源用于在所述阳极和阴极之间施加偏置电压。

可选的，还包括：控制单元，所述控制单元用于实时接收所述第一电信号；当第一电信号小于预设值时，所述控制单元控制工艺单元对所述待测晶圆表面进行第二表面处理，使所述待测晶圆表面产生第二正离子和第二负离子；所述信号转换单元根据所述第二正离子和第二负离子获取第二电信号，且所述第二电信号达到预设值。

相应的，本发明实施例还一种晶圆断键强度检测方法，包括：提供待测晶圆；对所述待测晶圆表面进行第一表面处理，使所述待测晶圆表面产生第一正离子和第一负离子；根据所述第一正离子和第一负离子获取第一电信号。

可选的，还包括：将所述第一电流信号进行放大，获得第三电信号。

可选的，所述第一电信号包括：第一电流信号或者第一电压信号。

可选的，所述第一表面处理的工艺包括：等离子体处理。

可选的，所述待测晶圆包括衬底和位于衬底表面的介质层；所述介质层的材料包括：氧化硅；所述第一表面处理使氧化硅中的si-o键断裂。

可选的，还包括：实时接收所述第一电信号；当第一电信号小于预设值时，对所述待测晶圆表面进行第二表面处理，使所述待测晶圆表面产生第二正离子和第二负离子；根据所述第二正离子和第二负离子获取第二电信号，且所述第二电信号达到预设值。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的晶圆断键强度检测装置中，所述工艺单元能够对待测晶圆表面进行第一表面处理，从而在待测晶圆表面产生第一正离子和第一负离子；所述信号转换单元将产生的第一正离子或者第一负离子进行处理形成第一电信号。由于所述第一电信号能够反应第一正离子数量或者第一负离子数量，且所述第一正离子的数量和第一负离子数量与待测晶圆表面的断键数量正相关。同时，第一正离子数量或者第一负离子的数量形成第一电信号的准确性较好。综上，所述晶圆断键强度检测装置对晶圆断键强度的检测的准确性较高。

进一步，所述控制单元能够接收并分析第一电信号，当第一电信号小于预设值时，所述控制单元对工艺单元进行控制，对所述待测晶圆表面进行第二表面处理，使第二表面处理之后所述信号转换单元获取的第二电信号达到预设值，即，对待测晶圆表面进行第二表面处理产生的第二正离子和第二负离子达到工艺要求，使得晶圆表面断键强度达到工艺要求，有利于提高后续键合质量，进而提高键合后的产品良率。

进一步，所述信号放大单元能够将信号转换单元获取到的第一电信号进行放大，获得第三电信号，使得少量的第一正离子数量或者第一负离子数量变化所引起的微弱的第一电信号被放大，从而进一步提高对晶圆断键强度的检测的灵敏性和准确性。

附图说明

图1至图7是一种晶圆键合方法各步骤的结构示意图；

图8是本发明一实施例中的晶圆断键强度检测装置的结构示意图；

图9是本发明一实施例中的晶圆断键强度检测方法的流程示意图；

图10至图11是本发明一实施例中的晶圆断键强度检测方法各步骤的结构示意图；

图12是本发明一实施例中的第三电信号的色谱图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的键合处理的效果不佳。

图1至图7是一种晶圆键合方法各步骤的结构示意图。

请参考图1，提供第一晶圆101和第二晶圆102，所述第一晶圆101表面具有第一介质层111，所述第二晶圆102表面具有第二介质层112。

请参考图2和图3，图3是图2中所示第二介质层112在a区域的放大图，分别对第一介质层111表面和第二介质层112表面进行等离子体处理。

请参考图4和图5，图5是图4中所示第二介质层112在b区域的放大图，所述等离子体处理之后，分别对第一介质层111表面和第二介质层112进行活化处理。

请参考图6和图7，图7是图6中所示第二介质层112和第一介质层111在c区域的放大图，所述活化处理之后，将第一晶圆101和第二晶圆102贴合在一起；所述贴合之后，进行高温处理，使第一晶圆101和第二晶圆102之间键合。

上述方法中，通过等离子体处理，具有一定能量的等离子体能够激活并打断第一介质层111和第二介质层112表面具有的共价键，从而发生断键。通常所述第一介质层111和第二介质层112的材料为氧化硅，因此断键之后，分别在第一晶圆101表面和第二晶圆102表面形成si-o基团。所述活化处理通常采用去离子水，所述去离子水能够与si-o基团反应，从而在第一晶圆101表面和第二晶圆102表面形成si-oh基团。所述高温条件下，第一晶圆101的si-oh基团和第二晶圆102表面的si-oh基团发生反应，使得第一晶圆101和第二晶圆102之间发生键合。

然而，现有通过检测所述活化处理后第一晶圆101表面厚度的减少或者第二晶圆102表面厚度的减少来反应si-o键断裂的数量，所述方法的准确性较差。且si-o键断裂数量和后续键合能量正相关，进而通过减少的厚度反应后续第一晶圆101和第二晶圆102之间的键合效果的准确性较差，容易造成最终产品的良率较低。

为解决所述技术问题，本发明实施例提供一种晶圆断键强度检测装置，包括：工艺单元，用于对所述待测晶圆表面进行第一表面处理，使所述待测晶圆表面产生第一正离子和第一负离子；信号转换单元，用于根据所述第一正离子和第一负离子获取第一电信号。所述晶圆断键强度检测装置对晶圆断键强度的检测的准确性较高。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图8是本发明一实施例中的晶圆断键强度检测装置的结构示意图。

请参考图8，晶圆断键强度检测装置包括：工艺单元200，用于对待测晶圆210表面进行第一表面处理，使所述待测晶圆210表面产生第一正离子和第一负离子；信号转换单元300，用于根据所述第一正离子和第一负离子获取第一电信号。

在本实施例中，所述工艺单元200包括：腔室201；位于腔室201内的载物台202，所述载物台202用于放置待测晶圆210；位于腔室201内相对设置的阳极203和阴极204，所述阳极203和阴极204用于产生垂直于载物台202方向的电场；与腔室201电连接的射频电源205，所述射频电源205用于在所述阳极203和阴极204之间施加偏置电压。

所述第一表面处理的工艺包括：等离子体处理。

所述等离子体包括：电子，离子和中性分子组成的电中性混合物。

具体地，所述射频电源205对所述阳极203和阴极204之间施加偏置电压，使得阳极203和阴极204之间产生较高的电场，使得通入腔室201内的气体被电离，从而产生等离子体。

在本实施例中，在腔室201内通入氮气，通过射频电源205施加电压，从而在阳极203和阴极204之间产生了较高电场的情况下，对待测晶圆210表面的氧化硅进行了等离子体处理，所述等离子体处理使待测晶圆210表面氧化硅中的si-o之间的化学键断裂，从而产生了一定数量的第一正离子和第一负离子。

在其他实施例中，通入的气体还可以为氧气。

所述第一电信号包括：第一电流信号或者第一电压信号。

在本实施例中，所述第一电信号为第一电流信号。具体地，通过施加一定电压，收集待测晶圆210表面产生的第一正离子和第一负离子，从而产生第一电流信号。

所述工艺单元200能够对待测晶圆210表面进行第一表面处理，从而在待测晶圆210表面产生第一正离子和第一负离子；所述信号转换单元300将产生的第一正离子或者第一负离子进行处理形成第一电信号。一方面，由于所述第一电信号能够反应第一正离子数量或者第一负离子数量，且所述第一正离子的数量和第一负离子数量与待测晶圆210表面的断键数量正相关，另一方面，由于第一正离子数量或者第一负离子的数量形成第一电信号的准确性较好，因此所述晶圆断键强度检测装置对晶圆断键强度的检测的准确性较高。

所述晶圆断键强度检测装置还包括：信号放大单元400，用于将所述第一电信号进行放大，获得第三电信号。

所述信号放大单元400能够将信号转换单元300获取到的第一电信号进行放大，获得第三电信号，使得少量的第一正离子数量或者第一负离子数量变化所引起的微弱的第一电信号被放大，从而进一步提高对晶圆断键强度的检测的灵敏性和准确性。

所述晶圆断键强度检测装置还包括：控制单元500，所述控制单元500用于实时接收所述第一电信号；当第一电信号小于预设值时，所述控制单元500控制工艺单元200对所述待测晶圆210表面进行第二表面处理，使所述待测晶圆210表面产生第二正离子和第二负离子；所述信号转换单元根据所述第二正离子和第二负离子获取第二电信号，且所述第二电信号达到预设值。

所述控制单元500能够接收并分析第一电信号，当第一电信号小于预设值时，所述控制单元500对工艺单元200进行控制，对所述待测晶圆210表面进行第二表面处理，使第二表面处理之后所述信号转换单元300获取的第二电信号达到预设值，即，对待测晶圆210表面进行第二表面处理产生的第二正离子和第二负离子达到工艺要求，使得晶圆表面断键强度达到工艺要求，有利于提高后续键合质量，进而提高键合后的产品良率。

图9是本发明一实施例中的晶圆断键强度检测方法的流程示意图

请参考图9，本发明实施例还提供一种晶圆断键强度检测方法，包括：

步骤s1：提供待测晶圆；

步骤s2：对所述待测晶圆表面进行第一表面处理，使所述待测晶圆表面产生第一正离子和第一负离子；

步骤s3：根据所述第一正离子和第一负离子获取第一电信号。

通过对待测晶圆210表面进行第一表面处理，从而在待测晶圆210表面产生第一正离子和第一负离子；将产生的第一正离子或者第一负离子进行处理形成第一电信号。一方面由于所述第一电信号能够反应第一正离子数量或者第一负离子数量，且所述第一正离子的数量和第一负离子数量与待测晶圆210表面的断键数量正相关，另一方面由于第一正离子数量或者第一负离子的数量形成第一电信号的准确性较好，因此，所述晶圆断键强度的检测方法的准确性较高。

以下结合附图进行详细说明。

图10至图11是本发明一实施例中的晶圆断键强度检测方法各步骤的结构示意图。

请参考图8和图10，提供待测晶圆210。

所述待测晶圆210包括衬底211和位于衬底211表面的介质层212。

在本实施例中，所述介质层212的材料包括：氧化硅。

具体地，将所述待测晶圆210放置在工艺单元200内的载物台202表面。

请参考图8和图11，对所述待测晶圆210表面进行第一表面处理，使所述待测晶圆210表面产生第一正离子和第一负离子。

所述第一表面处理的工艺包括：等离子体处理。

具体地，在腔室201内通入气体；所述射频电源205对所述阳极203和阴极204之间施加偏置电压，使得阳极203和阴极204之间产生较高的电场，使得通入腔室201内的气体被电离产生等离子体，进而对所述介质层212进行第一表面处理，所述第一表面处理使介质层212中的si-o化学键断裂，从而产生了一定数量的第一正离子和第一负离子。

在本实施例中，通入的气体为氮气。在其他实施例中，通入的气体还可以为氧气。

所述第一电信号包括：第一电流信号或者第一电压信号。

在本实施例中，所述第一电信号为第一电流信号。

所述晶圆断键强度检测方法还包括：将所述第一电流信号进行放大，获得第三电信号。

请继续参考图8，所述信号放大单元400将所述第一电流信号进行放大，获得第三电信号。

图12是本发明一实施例中的第三电信号的色谱示意图。

在本实施例中，请参考图12，通过所述信号转换单元300和信号放大单元400处理之后，得到第三电信号随着时间分布的色谱图，所述色谱图中的曲线的横坐标表示的是时间，纵坐标表示的是第三电信号，根据所述色谱峰面积来定量待测晶圆210表面第一正离子和第一负离子的数量。

所述的晶圆断键强度检测方法还包括：实时接收所述第一电信号；当第一电信号小于预设值时，对所述待测晶圆210表面进行第二表面处理，使所述待测晶圆210表面产生第二正离子和第二负离子；根据所述第二正离子和第二负离子获取第二电信号，且所述第二电信号达到预设值。

请继续参考图8，所述控制单元500实时接收所述第一电信号；当所述控制单元500检测到从信号转换单元获取到的第一电信号小于预设值时，所述控制单元500控制工艺单元200的射频电源205，调控所述阳极203和阴极204之间的偏置电压，使阳极203和阴极201之间的电场进一步增强，使得通入腔室201内的气体被电离产生能量较强的等离子体，进而对所述介质层212进行第二表面处理，所述第二表面处理使介质层212中更多的si-o化学键断裂，使所述待测晶圆210表面产生第二正离子和第二负离子；所述信号转换单元300根据所述第二正离子和第二负离子获取第二电信号，且所述第二电信号达到预设值。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。