一種利用電流值表徵矽片表面粗糙度的方法與流程

2023-05-31 00:45:31 1

本發明屬於微電子機械系統(MEMS)工藝質量檢測領域，涉及一種利用電流值來表徵晶圓表面粗糙度的方法，特別應用在定量提取矽片表面粗糙度的領域。

背景技術：

九十年代以來，微電子機械系統(MEMS)技術進入了高速發展階段，不僅是因為概念新穎，而且是由於MEMS器件跟傳統器件相比，具有小型化、集成化以及性能更優的前景特點。如今MEMS已經廣泛用於汽車、航空航天、信息控制、醫學、生物學等領域。

在MEMS規模製造技術中，矽工藝逐漸的成為了主流的MEMS加工技術。矽片晶圓的各類參數(總厚度偏差、翹曲度、摻雜、表面粗糙等)嚴重影響了MEMS器件的最終性能。不管是從預測器件性能的角度，還是從製造前挑選晶圓的角度，都必須要嚴格的知悉規模製造中所採用矽片晶圓的這些參數。

其中矽片表面粗糙度就是一項比較重要的參數，因為它嚴重影響了比如鍵合等工藝的質量。而現有的測量表面粗糙度的方法，大都是利用大型精密儀器(比如原子力顯微鏡、光學輪廓儀等)進行時間較長、程序較繁瑣的測量，不利於規模製造技術中的現場快速測量。故需要提出一種較為簡單的測量表面粗糙度的方法。

技術實現要素：

通過上面的分析可知，傳統的測量表面粗糙度的方法需要大型精密儀器、不利於現場測量，本發明的目的是提出一種利用電流值來表徵矽片表面粗糙度的方法。此方法可用來進行矽片表面粗糙度的快速、簡單測量。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種利用電流值表徵矽片表面粗糙度的方法，其步驟包括：

1)將矽片晶圓的被測面和參考玻璃片晶圓正對，用固定的均勻壓力(例如5MPa)使兩個晶圓接觸到一起；

2)對玻璃片加熱到一定溫度(例如溫度350℃)之後，在矽片晶圓上施加正的電壓(例如1000V)，在玻璃片晶圓上接負極；

3)記下電壓剛施加瞬間的電流值，用此電流值的大小來表徵矽片表面的粗糙度。

進一步地，所述步驟1)、步驟2)和步驟3)可在自組裝的簡易裝置裡進行，也可利用陽極鍵合工序中的鍵合設備(如EVG鍵合機)。

進一步地，所述步驟1)和步驟2)可在真空或大氣環境中進行。

進一步地，步驟1)中所述參考玻璃片晶圓的電學參數(例如350℃下的電阻率)需提前測量出來。

本發明提出了利用電流值來表徵矽片表面粗糙度的方法，即通過在接觸的矽片和玻璃片兩側施加電壓，測量電壓施加瞬間的電流值，用此電流值來表徵矽片表面粗糙度。與現有測量表面粗糙度的方法，本方法的優勢在於測量過程不需要複雜精密的儀器，有利於MEMS加工環境中的現場測量。

附圖說明

圖1是檢測示意圖；1為被測矽片，2為參考玻璃片，3為均勻壓力。

圖2是整個系統的等效電路；4為等效電容(兩晶圓的接觸面)，5為等效電阻(玻璃的體電阻)。

圖3是局部的實際接觸面的剖面圖；6為矽片，7為玻璃片。

具體實施方式

下面通過具體實施例並配合附圖，對本發明做詳細的說明。

如圖1所示，將參考玻璃片晶圓與被測矽片晶圓正對接觸在一起，施加均勻的壓力(5MPa)，並對玻璃片進行加溫至350℃。然後在矽片一側施加1200V電壓(玻璃片接陰極)，利用示波器記錄下電路迴路中的電流值。

圖2顯示了整個系統的等效電路圖。矽片和玻璃片的接觸面可以等效為一個電容，玻璃片可以等效為一個電阻，而由於矽片的電阻相對於玻璃片要小很多， 故可忽略矽片的電阻。

圖3顯示了局部的實際接觸面的剖面圖。從圖中可以看出玻璃片和矽片實際都存在一定的表面粗糙，從而圖2中的等效電容的大小與矽片、玻璃片的表面粗糙相關，表面越粗糙，等效電容值就越小。當固定參考玻璃片不變時，等效電容的值就只與矽片的表面粗糙相關。即求解出等效電容值即可得到矽片表面粗糙情況。

對於圖2中的電路，列出基爾霍夫電路方程，以及初始邊界條件，可以求出電壓施加瞬間(t＝0)電路中的電流值為：

即可得到：

其中C為兩晶圓的接觸面的等效電容，I為電壓施加瞬間的電流值，V為施加的電壓值，R0為玻璃的體電阻。

根據式(2)以及所測的初始瞬間電流值即可得到玻璃片和矽片接觸的等效電容值，而這個等效電容值與矽片的表面粗糙相關，即可利用本發明中的所測的的電流值來表徵矽片表面粗糙程度。

綜上所述，本發明通過一個實施例描述了本發明的詳細應用方法，即通過測量特定條件下的電流值來表徵矽片表面的粗糙度。但需要說明的是，本發明方法適合經過其他導電圓片表面粗糙度的提取。本領域的技術人員應當理解，在不脫離本專利實質的範圍內，保持本專利中利用特定條件下的電流值表徵粗糙度這個特徵外，可對測試裝置做一定的變化和修改。本發明的保護範圍應以權利要求所述為準。