一种利用电流值表征硅片表面粗糙度的方法与流程

本发明属于微电子机械系统(MEMS)工艺质量检测领域，涉及一种利用电流值来表征晶圆表面粗糙度的方法，特别应用在定量提取硅片表面粗糙度的领域。

背景技术：

九十年代以来，微电子机械系统(MEMS)技术进入了高速发展阶段，不仅是因为概念新颖，而且是由于MEMS器件跟传统器件相比，具有小型化、集成化以及性能更优的前景特点。如今MEMS已经广泛用于汽车、航空航天、信息控制、医学、生物学等领域。

在MEMS规模制造技术中，硅工艺逐渐的成为了主流的MEMS加工技术。硅片晶圆的各类参数(总厚度偏差、翘曲度、掺杂、表面粗糙等)严重影响了MEMS器件的最终性能。不管是从预测器件性能的角度，还是从制造前挑选晶圆的角度，都必须要严格的知悉规模制造中所采用硅片晶圆的这些参数。

其中硅片表面粗糙度就是一项比较重要的参数，因为它严重影响了比如键合等工艺的质量。而现有的测量表面粗糙度的方法，大都是利用大型精密仪器(比如原子力显微镜、光学轮廓仪等)进行时间较长、程序较繁琐的测量，不利于规模制造技术中的现场快速测量。故需要提出一种较为简单的测量表面粗糙度的方法。

技术实现要素：

通过上面的分析可知，传统的测量表面粗糙度的方法需要大型精密仪器、不利于现场测量，本发明的目的是提出一种利用电流值来表征硅片表面粗糙度的方法。此方法可用来进行硅片表面粗糙度的快速、简单测量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用电流值表征硅片表面粗糙度的方法，其步骤包括：

1)将硅片晶圆的被测面和参考玻璃片晶圆正对，用固定的均匀压力(例如5MPa)使两个晶圆接触到一起；

2)对玻璃片加热到一定温度(例如温度350℃)之后，在硅片晶圆上施加正的电压(例如1000V)，在玻璃片晶圆上接负极；

3)记下电压刚施加瞬间的电流值，用此电流值的大小来表征硅片表面的粗糙度。

进一步地，所述步骤1)、步骤2)和步骤3)可在自组装的简易装置里进行，也可利用阳极键合工序中的键合设备(如EVG键合机)。

进一步地，所述步骤1)和步骤2)可在真空或大气环境中进行。

进一步地，步骤1)中所述参考玻璃片晶圆的电学参数(例如350℃下的电阻率)需提前测量出来。

本发明提出了利用电流值来表征硅片表面粗糙度的方法，即通过在接触的硅片和玻璃片两侧施加电压，测量电压施加瞬间的电流值，用此电流值来表征硅片表面粗糙度。与现有测量表面粗糙度的方法，本方法的优势在于测量过程不需要复杂精密的仪器，有利于MEMS加工环境中的现场测量。

附图说明

图1是检测示意图；1为被测硅片，2为参考玻璃片，3为均匀压力。

图2是整个系统的等效电路；4为等效电容(两晶圆的接触面)，5为等效电阻(玻璃的体电阻)。

图3是局部的实际接触面的剖面图；6为硅片，7为玻璃片。

具体实施方式

下面通过具体实施例并配合附图，对本发明做详细的说明。

如图1所示，将参考玻璃片晶圆与被测硅片晶圆正对接触在一起，施加均匀的压力(5MPa)，并对玻璃片进行加温至350℃。然后在硅片一侧施加1200V电压(玻璃片接阴极)，利用示波器记录下电路回路中的电流值。

图2显示了整个系统的等效电路图。硅片和玻璃片的接触面可以等效为一个电容，玻璃片可以等效为一个电阻，而由于硅片的电阻相对于玻璃片要小很多， 故可忽略硅片的电阻。

图3显示了局部的实际接触面的剖面图。从图中可以看出玻璃片和硅片实际都存在一定的表面粗糙，从而图2中的等效电容的大小与硅片、玻璃片的表面粗糙相关，表面越粗糙，等效电容值就越小。当固定参考玻璃片不变时，等效电容的值就只与硅片的表面粗糙相关。即求解出等效电容值即可得到硅片表面粗糙情况。

对于图2中的电路，列出基尔霍夫电路方程，以及初始边界条件，可以求出电压施加瞬间(t＝0)电路中的电流值为：

即可得到：

其中C为两晶圆的接触面的等效电容，I为电压施加瞬间的电流值，V为施加的电压值，R₀为玻璃的体电阻。

根据式(2)以及所测的初始瞬间电流值即可得到玻璃片和硅片接触的等效电容值，而这个等效电容值与硅片的表面粗糙相关，即可利用本发明中的所测的的电流值来表征硅片表面粗糙程度。

综上所述，本发明通过一个实施例描述了本发明的详细应用方法，即通过测量特定条件下的电流值来表征硅片表面的粗糙度。但需要说明的是，本发明方法适合经过其他导电圆片表面粗糙度的提取。本领域的技术人员应当理解，在不脱离本专利实质的范围内，保持本专利中利用特定条件下的电流值表征粗糙度这个特征外，可对测试装置做一定的变化和修改。本发明的保护范围应以权利要求所述为准。