[发明专利]一种交叉十字键合法测量晶片键合强度的方法及夹持装置

说明书

一种交叉十字键合法测量晶片键合强度的方法及夹持装置，属于键合强度测量领域。拉伸夹持棒一端与晶片存储槽外侧底面中部固接，晶片存储槽的槽侧壁的顶端设有一个直角横梁，直角横梁水平梁与晶片存储槽的槽侧壁的顶端连接为一体，直角横梁的竖直梁设置在晶片存储槽的槽口内。本发明通过对长方形晶片进行交叉十字键合，利用施加力的大小、施加力的位置、晶片的厚度、晶片的宽度以及晶片的抗拉强度之间存在确定的理论关系，寻找特定的施力位置和施力大小，根据施力大小和断裂位置计算键合强度的大小，若施加的拉力F≥σ_b·b²，且断裂位置为晶片或键合区域的边缘，则键合强度σ≥σ_b；若施加的拉力F＜σ_b·b²，且断裂位置为键合界面处，则键合强度σ＝F/b²。本发明用于测量晶片键合强度。

技术领域

本发明涉及一种测量晶片键合强度的方法及装置，属于键合强度测量领域。

背景技术

键合是指在外界能量(例如：加热、加压等)的作用下，使两个贴合界面处的原子发生反应形成共价键，进而结合为一体的过程。它广泛地应用于光电子器件的制作、生物医疗芯片的制作以及半导体制造等。键合的效果主要取决于键合面积和键合强度，其中键合强度的大小直接决定了器件的性能和使用寿命。因此，键合强度往往是评价一种键合方法优劣的一项重要指标。

目前，现有的键合强度评价方法主要有裂纹扩展法(插刀片法)、直拉法、剪切法和四点弯曲法。其中，裂纹扩展法和直拉法是最常用的键合强度评价方法，而剪切法和四点弯曲法因对键合样品的尺寸和后续的加工处理有着严格的要求，所以不经常使用。但是，对于常用的两种键合方法也存在如下问题：在应用裂纹扩展法进行强度的测量时，刀片插入键合界面的速度、力度都对键合强度的测量误差有着重要影响，并且只适用于键合强度较弱的强度测试；直拉法虽然可以用于强度较高的键合强度测试，但由于键合样品的厚度较薄，所以在测试样品的两侧往往需要强力胶胶粘拉伸头(圆柱形或方形的短棒)后才能进行拉伸测试，在胶粘的过程中，强力胶极容易流入厚度较小的键合样品中，进而严重影响键合强度。因此，一种降低外界人为因素对键合强度测试过程中的干扰的键合强度评价方法亟待开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交叉十字键合法测量晶片键合强度的方法及装置，以解决截止目前为止，一种降低外界人为因素对键合强度测试过程中的干扰的键合强度评价方法亟待开发的问题。

本发明通过将晶片进行十字交叉键合，使得每一晶片均向键合区域以外的地方留有相同尺寸的未键合区域，利用设计的夹持装置，分别作用于晶片未键合区域的相应位置，进行拉伸，使得晶片在未键合区域的上下表面上分别产生压应力与拉应力。由于施加力的大小、施加力的位置、晶片的厚度、晶片的宽度以及晶片的抗拉强度之间存在确定的理论关系。当拉应力大于晶片的抗拉强度时，晶片会发生断裂。因此，在施加一定的力的大小与位置的情况下，通过判断晶片的断裂情况即可求出晶片间的键合强度。该方法的原理虽然复杂，但操作和结果的表达形式简单、方便、易得，可广泛地应用于晶片键合强度的测量。

该方法在解决硅、锗、砷化镓、碳化硅等脆性半导体材料键合强度的测量方面具有独特优势。

实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种交叉十字键合法测量晶片键合强度的夹持装置，所述的夹持装置包括两个夹具，每个夹具均由拉伸夹持棒和晶片存储槽两部分构成；所述的拉伸夹持棒竖直设置，且拉伸夹持棒的一端与所述的晶片存储槽外侧底面中部固定连接，晶片存储槽的每个槽侧壁的顶端均设有一个直角横梁，每个所述的直角横梁的水平梁与晶片存储槽的每个槽侧壁的顶端连接为一体，每个直角横梁的竖直梁设置在晶片存储槽的槽口内。

一种交叉十字键合法测量晶片键合强度的方法，所述的方法包括以下步骤：