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    短波红外相机在晶圆键合检测中的应用

    发布时间: 2023-04-12  点击次数: 647次

    概述:

    晶圆(英语:Wafer)是半导体晶体圆形片的简称。其用于集成电路制程中作为载体基片,在晶圆片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之IC产品。目前,在半导体产业中,95%以上的集成电路和半导体器件都是在晶圆上进行加工制作的,其是绝大多数半导体集成电路制作中最关键的原料。

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    图1 晶圆(来源与网络)

    晶圆的原始材料是硅,高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种,然后慢慢拉出,形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨,抛光,切片后,形成硅晶圆片,也就是晶圆。晶圆其实就是圆柱状半导体晶体的薄切片。

    晶圆键合是晶圆级的封装技术,是指通过化学和物理等作用,将两块或多块已经镜面抛光的同质或异质的晶圆紧密地接合起来,晶圆接合后,接合界面会达到特定的键合强度。该封装可保护晶圆敏感的内部结构不受温度、湿度、高压和氧化性物质等环境影响,提高功能元件的长期稳定性和可靠性。晶圆键合可用于各种技术领域,如MEMS器件制造、微电子学和光电子学等。

    而在键合工艺中,存在着许多不确定因素会影响键合的质量,其中内在因素有晶片表面的化学吸附状态、平整度及粗糙度,外在因素主要是键合的温度和时间。对键合的晶圆进行检测和表征,可以评估技术成品率、键合强度和气密性水平,无论是用于制造的设备还是用于工艺的开发,晶圆键合检测都具有十分重要的意义。

    工作原理:

    研究发现,短波红外非常适用于晶圆键合过程后的质量检测,能够提供给使用者快速、精确的无损界面检测图像。(光学检测是晶圆缺陷检测中非常重要的一种方法,是使用光束对晶圆表面进行照射,然后通过收集反射光或透射散射光信息来进行缺陷的判断。)

    在芯片减薄前,晶圆会用临时胶贴合到载片上,在晶圆和载片之间便会形成键合。一般的载片材料有玻璃、蓝宝石以及碳化硅(SiC)这几种。如果晶圆和载片的键合界面存在未键合区域(如气泡),则入射光在未键合处的上下表面会进行多次反射,而正常键合处光线会直接透射,这种差异经相机处理后,便会在显示器上出现清晰的明暗差。

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    图2 晶圆未键合处结构示意图

    其中玻璃和蓝宝石材料的载片和晶圆键合后,如有气泡(不良键合)产生可以用人眼或可见光相机直接观测到。而使用碳化硅材料的载片时,因为其材料本身的颜色是半透明的绿色,所以可见光无法很好地进行穿透并清楚观测到不良键合产生的气泡,而短波红外相机这时却可以很好地对材料进行穿透观测。下图为使用立鼎短波红外相机搭建的检测系统(模型)所拍摄的键合晶圆图片:

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    图3 检测系统下的未键合区域图像(1)

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    图4 检测系统下的未键合区域图像(2)

    检测系统主要有四个部分:光源部分、工作台部分、红外相机部分和计算机部分,测试系统的具体结构如图所示。不同尺寸的晶圆成像距离不同,可以通过改变横梁的高度和改变摄像机的焦距来调节实现。

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    图5 检测系统实物图

    西安立鼎光电提供非制冷、制冷、面阵以及线阵多款短波红外相机,现货供应。

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