圆片键合质量可靠性测试结构及可靠性测试方法技术

本申请涉及一种圆片键合质量可靠性测试结构及可靠性测试方法；其中，圆片键合质量可靠性测试结构，包括依次相接触串联固定在机械支撑层上的多个圆片键合结构组件；还包括设于首个圆片键合结构组件处的第一测试位点，和设于末端圆片键合结构组件处的第二测试位点；圆片键合结构组件包括通过导电的桥梁结构连接的两个圆片键合结构；圆片键合结构包括依次层叠在机械支撑层上的金属层、结构层；任一圆片键合结构的结构层通过桥梁结构连接另一圆片键合结构的结构层；任一圆片键合结构的金属层与相邻圆片键合结构组件中任一圆片键合结构的金属层通过金属布线相接触；本申请可通过测试圆片键合结构的接触电阻，实现对圆片键合的无损检测。

【技术实现步骤摘要】
圆片键合质量可靠性测试结构及可靠性测试方法
本申请涉及微机械系统
，特别是涉及一种圆片键合质量可靠性测试结构及可靠性测试方法。
技术介绍
微机械系统(Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)是在微电子制造技术基础上结合微机械加工工艺制造而成，典型MEMS器件可以包括加速度计、陀螺仪、压力传感器、麦克风以及微镜等。不同于集成电路器件具有的二维平面结构，MEMS器件通常具有三维机械结构；其中，圆片键合工艺是实现三维结构的关键工艺，而圆片键合结构是MEMS三维机械结构的基础。MEMS圆片键合工艺是通过阳极键合/熔融键合等技术将同种或不同种材料连接在一起，形成多层结构以完成机械支撑和电学连接等功能，其强度一般远高于采用粘接剂完成的粘接。MEMS圆片键合结构本质上是一种多层结构，具有层间界面，在温度、湿度、振动、冲击等环境应力作用下易发生层间开裂、剥离等可靠性问题，尤其是对于不同种材料制造而成的圆片键合结构，如硅-玻璃阳极键合中的硅材料和玻璃材料，由于材料热失配问题，其在温度应力作用下，易导致失效问题。在实现过程中，专利技术人发现传统技术中至少存在如下问题：目前，针对MEMS圆片键合质量可靠性的评估，主要通过包括剪切强度、抗拉强度在内的强度来评判，或者通过切片剖面来观测键合界面状态，但这些方法均为破坏性测试方法，进而影响到对其退化演变规律的可靠性研究和无损筛选等工作。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现无损测试的圆片键合质量可靠性测试结构及可靠性测试方法。为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种圆片键合质量可靠性测试结构，包括依次相接触串联固定在机械支撑层上的多个圆片键合结构组件；还包括设于首个圆片键合结构组件处的第一测试位点，和设于末端圆片键合结构组件处的第二测试位点；圆片键合结构组件包括通过导电的桥梁结构连接的两个圆片键合结构；圆片键合结构包括依次层叠在机械支撑层上的金属层、结构层；任一圆片键合结构的结构层通过桥梁结构连接另一圆片键合结构的结构层；任一圆片键合结构的金属层与相邻圆片键合结构组件中任一圆片键合结构的金属层通过金属布线相接触；其中，基于第一测试位点和第二测试位点，获取总电阻，并根据总电阻确认圆片键合界面状态，得到圆片键合质量和可靠性测试结果。在其中一个实施例中，第一测试位点为第一焊盘；第二测试位点为第二焊盘；第一焊盘通过第一金属布线连接首个圆片键合结构组件；其中，首个圆片键合结构组件中远离相邻圆片键合结构组件的圆片键合结构，通过金属层连接第一金属布线；第二焊盘通过第二金属布线连接末端圆片键合结构组件；其中，末端圆片键合结构组件中远离相邻圆片键合结构组件的圆片键合结构，通过金属层连接第二金属布线。在其中一个实施例中，第一金属布线的材质包括钛、铂或金；第二金属布线的材质包括钛、铂或金。在其中一个实施例中，机械支撑层的材质为玻璃；结构层的材质为掺杂后的硅；桥梁结构的材质为掺杂后的硅；金属层的材质为钛、铂或金。在其中一个实施例中，圆片键合结构组件的数量为两个；总电阻包含4个圆片键合结构的键合接触电阻。一种MEMS器件，包括上述的圆片键合质量可靠性测试结构。在其中一个实施例中，MEMS器件还包括功能结构；功能结构包含圆片键合质量可靠性测试结构；或，圆片键合质量可靠性测试结构布设于功能结构一侧。一种基于上述的MEMS器件的可靠性测试方法，包括步骤：获取MEMS器件中圆片键合质量可靠性测试结构的总电阻；基于总电阻进行质量筛选，得到各质量合格的MEMS器件；对各质量合格的MEMS器件进行可靠性试验，获取可靠性测试的结果。在其中一个实施例中，基于总电阻进行质量筛选，得到各质量合格的MEMS器件的步骤包括：基于总电阻、依据接触电阻合格判据进行筛选，确定各质量合格的MEMS器件。在其中一个实施例中，在基于总电阻进行质量筛选，得到各质量合格的MEMS器件的步骤之前，还包括步骤：获取圆片键合质量可靠性测试结构中多个圆片键合结构的接触电阻，并分别对各圆片键合结构进行剪切强度测试，得到剪切强度；根据接触电阻和剪切强度的对应关系，基于预设剪切强度要求得到接触电阻合格判据。上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：本申请圆片键合质量可靠性测试结构，包括依次相接触串联固定在机械支撑层上的多个圆片键合结构组件，且设置了相应的测试位点，能够无损的完成键合接触电阻的测试，使得圆片键合结构可以实现多次测试以及跟踪测试；具体的，基于该测试结构使得本申请可通过测试圆片键合结构的接触电阻，实现对圆片键合的无损检测，并开展可靠性研究工作以及质量筛选工作，解决了传统方法只能采用破坏性测试方法的问题；进一步的，采用本申请可实现对圆片键合界面状态的跟踪测试，以获取其退化演变规律。附图说明通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。图1为一实施例中圆片键合质量可靠性测试结构的应用环境图；图2为一实施例中圆片键合剖面结构示意图；图3为一实施例的圆片键合质量可靠性测试结构示意图；图4为一实施例的圆片键合测试结构等效电阻示意图；图5为一实施例的圆片键合质量可靠性测试结构的具体结构示意图；图6为另一实施例的圆片键合质量可靠性测试结构示意图；图7为另一实施例的圆片键合测试结构等效电阻示意图；图8为一实施例的MEMS器件可靠性测试方法的流程示意图；图9为一实施例的键合接触电阻在高温(150℃)下的变化情况示意图。具体实施方式为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“相接触串联”、“固定”、“桥梁结构”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于MEMS圆片键合质量可靠性评估，传统的测试方法主要可以包括两种，一种是键合强度测试，采用剪切强度、抗拉强度等，通过键合强度来评判MEMS键合质量，另一种是切片剖面分析，通过微观组织来评判键合界面有无裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆片键合质量可靠性测试结构，其特征在于，包括依次相接触串联固定在机械支撑层上的多个圆片键合结构组件；还包括设于首个圆片键合结构组件处的第一测试位点，和设于末端圆片键合结构组件处的第二测试位点；/n所述圆片键合结构组件包括通过导电的桥梁结构连接的两个圆片键合结构；所述圆片键合结构包括依次层叠在所述机械支撑层上的金属层、结构层；任一圆片键合结构的结构层通过所述桥梁结构连接另一圆片键合结构的结构层；任一圆片键合结构的金属层与相邻圆片键合结构组件中任一圆片键合结构的金属层通过金属布线相接触；/n其中，基于所述第一测试位点和所述第二测试位点，获取总电阻，并根据所述总电阻确认圆片键合界面状态，得到圆片键合质量和可靠性测试结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种圆片键合质量可靠性测试结构，其特征在于，包括依次相接触串联固定在机械支撑层上的多个圆片键合结构组件；还包括设于首个圆片键合结构组件处的第一测试位点，和设于末端圆片键合结构组件处的第二测试位点；
所述圆片键合结构组件包括通过导电的桥梁结构连接的两个圆片键合结构；所述圆片键合结构包括依次层叠在所述机械支撑层上的金属层、结构层；任一圆片键合结构的结构层通过所述桥梁结构连接另一圆片键合结构的结构层；任一圆片键合结构的金属层与相邻圆片键合结构组件中任一圆片键合结构的金属层通过金属布线相接触；
其中，基于所述第一测试位点和所述第二测试位点，获取总电阻，并根据所述总电阻确认圆片键合界面状态，得到圆片键合质量和可靠性测试结果。


2.根据权利要求1所述的圆片键合质量可靠性测试结构，其特征在于，所述第一测试位点为第一焊盘；所述第二测试位点为第二焊盘；
所述第一焊盘通过第一金属布线连接所述首个圆片键合结构组件；其中，所述首个圆片键合结构组件中远离相邻圆片键合结构组件的圆片键合结构，通过金属层连接所述第一金属布线；
所述第二焊盘通过第二金属布线连接所述末端圆片键合结构组件；其中，所述末端圆片键合结构组件中远离相邻圆片键合结构组件的圆片键合结构，通过金属层连接所述第二金属布线。


3.根据权利要求2所述的圆片键合质量可靠性测试结构，其特征在于，所述第一金属布线的材质包括钛、铂或金；所述第二金属布线的材质包括钛、铂或金。


4.根据权利要求1所述的圆片键合质量可靠性测试结构，其特征在于，所述机械支撑层的材质为玻璃；所述结构层的材质为掺杂后的硅；所述桥梁结构的材质为掺杂后的硅；所述金...

【专利技术属性】
技术研发人员：董显山，来萍，黄钦文，黄云，杨少华，
申请(专利权)人：中国电子产品可靠性与环境试验研究所工业和信息化部电子第五研究所中国赛宝实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44