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晶圆键合检测‍的相关知识

Date: 2023-02-06
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很多产品在制造中采用品圆到品圆键合技术,而这类产品的范围还在迅速扩张,这包括晶圆级封装以及多种三维集成应用。品圆本身可能是硅、化合物半导体、蓝宝石、玻璃、石英或其他材料。针对不同应用已经开发了多种晶圆键合方法。晶圆键合操作的封装流程往往既昂贵又耗时,因此对其进行检测是十分重要的,今天我们一块看下晶圆键合检测‍的相关知识。

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1.声学微成像技术

声学微成像技术可用于此类瑕疵的检测。该技术对内部的材料界面非常敏感。红外辐射也可以用于晶圆对的成像,但它仅对大的瑕疵且是红外透明的材料敏感。而另一种方法也就是X射线,对多晶硅界面的检测效果并不理想。在前面所述的例子里,声学微成像技术所用的高频超声波可以对Cu-Cu键合中的铜焊盘进行成像,并识别出铜线间缺陷、Si-Si晶圆对间的未键合区域以及颗粒。

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2.原理

声学微成像系统使用光栅扫描换能器,发射超声脉冲进入键合晶圆对的内部并收集反射回来的回声信号。发射进入晶圆对的脉冲会聚焦在感兴趣的深度,典型地是键合界面的位置。回声信号经转换变成声学数据并用于绘制

用户定义深度范围内的声学图像。这些信息的接受窗口称作门。通过移动对应的门,用户可以从非常窄的不同切片位置采样相关信息,比如可以从键合叠层的上表面、键合界面抑或下表面位置采样。

3.超声波检测

用于晶圆对成像的换能器通常采用230 MHz或更高频率的超高频超声波。回声信号仅仅从材料界面位置产生,而不会从同种材料内虢形成。作为可用信号的脉冲信号反射百分比取决于两种材料间的声学阻抗。如果个晶圆对是由两个直接键合在一起的硅晶圆组成的,则在键合界面位置不存在缺陷或异常的前提下,这两种材料是相同的,在界面位置将不存在反射。这种晶圆对的期望声学图像应是没有任何图案的黑色图像。

由于传感器对剖面形状及时的检测,针对目标形貌不断调整的工艺参数,以及多分区压力可调的研磨头的作用,可以实现比开环史加均匀的铜薄膜研磨过程,达到更稳定的晶圆内薄膜厚度均匀性。此类晶圆键合检测‍逐渐成为控制那些窗口益缩小、复杂性不断增加的特殊关健工艺必不可少的组成部分。

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