Mems器件及晶圓級密封性的測量方法
【專利摘要】本發明提供一種MEMS器件及晶圓級密封性的測量方法，MEMS器件的測量方法包括：提供一由上至下依次由第一晶片、第二晶片和第三晶片鍵合而成的MEMS器件，第二晶片中具有一MEMS裝置，第一晶片和第三晶片通過MEMS裝置互通形成有空腔；使空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度減薄；將MEMS器件放入一具有光學傳感器的氣壓量測儀中，空腔對應的第一晶片表面與光學傳感器面對面放置；氣壓量測儀中送入一大于空腔中的氣壓的預定氣壓；經過一預定時間后，通過光學傳感器記錄來自于空腔對應的第一晶片表面的光的反射角；重復上一步，比較每次記錄的反射角，以評估MEMS器件的密封性能，此方法操作簡單、效率高、成本低。
【專利說明】MEMS器件及晶圓級密封性的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體制造工藝【技術領域】，尤其涉及一種MEMS器件及晶圓級密封性的測量方法。
【背景技術】
[0002]微機電系統(Micro-Eleetro-Mechanical-System,MEMS)是利用微細加工技術在單塊硅芯片上集成傳感器、執行器、處理控制電路的微型系統，其中的處理控制電路使用傳統的微電子制造工藝制成(如CMOS、Bipolar、BICOMS等)。在MEMS的眾多工藝環節中，以MEMS的封裝最為引人注目，難度也最大。據統計，MEMS的封裝成本約占整個MEMS器件成本的50~80%。
[0003]MEMS封裝的目的就是將MEMS裝置和附加IC電路組成一個完成的MEMS系統，完成電互連、功能的實現和保護。由于MEMS裝置中含有一些微小的機械結構，如果使其暴露在惡劣多變的工作環境下，一方面會造成微結構的破壞，另一方面由于灰塵、化學溶劑、溫度、濕度、壓力等的不確定性也會造成MEMS器件性能的不穩定，甚至失靈。
[0004]如圖1所示，通常封裝采用晶圓級密封，即在晶片(晶片I和2鍵合后再與晶片3鍵合)上直接對需要保護的MEMS裝置A進行密封，也就是只對晶片的局部進行密封，這類密封工藝一般在將MEMS器件B從晶片上切割下來之前、在整個晶片上進行的。此外，對需要保護的MEMS裝置進行密封的方式通常采用固相鍵合技術，如圖2和3所示，把若干具有平面結構的晶片重疊結合在一起，例如具有空腔1-1的晶片1、晶片2和具有空腔3-1的晶片3重疊結合在一起(B、C鍵合)，MEMS裝置A存在與晶片2中，空腔為真空，從而構成MEMS器件。由于MESMS封裝中的不良的密封性對于MEMS器件的可靠性來說起著關鍵的作用，所以，晶片重疊結合在一起的鍵合界面需要氣密性良好。
[0005]但是，現有的鍵合界面氣密性的測量方法，需要將晶片切割成一個個MEMS器件(Die),并逐一對每個MEMS器件進行密封測量以判斷其密封性的好壞。而對每個MEMS器件的鍵合界面進行氣密性的測量方法，一是判斷位于晶片3表面上的鋁凸塊A與位于晶片2表面上的鍺凸塊B是否對準，二是做拉力測試，以測試需要用多大的力量才可以將鋁凸塊A和鍺凸塊B鍵合的界面分開，力量越小，鍵合界面氣密性越差，反之，氣密性越好。這種測量MEMS器件密封的方法費時費力，成本很高。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種MEMS器件及晶圓級密封性的測量方法，使測量MEMS器件氣密性的方法操作簡單、效率高、成本低。
[0007]為了解決上述問題，本發明提供一種MEMS器件的測量方法，包括:
[0008]步驟1:提供一 MEMS器件，所述MEMS器件由上至下依次由第一晶片、第二晶片和第三晶片鍵合而成，所述第二晶片中具有一 MEMS裝置，所述第一晶片和第三晶片通過MEMS裝置互通形成有空腔；[0009]步驟2:使所述空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度減薄；
[0010]步驟3:將減薄后的MEMS器件放入一氣壓量測儀中，所述氣壓量測儀設置有一光學傳感器，所述空腔對應的第一晶片表面與所述光學傳感器面對面放置；
[0011]步驟4:所述氣壓量測儀中送入一預定氣壓，所述預定氣壓大于所述空腔中的氣壓；
[0012]步驟5:經過一預定時間后，通過所述光學傳感器記錄來自于所述空腔對應的第一晶片表面的光的反射角；
[0013]步驟6:重復步驟5，比較每次記錄的所述反射角，以評估MEMS器件的密封性能。
[0014]進一步的，在步驟5中，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述空腔的方向向下彎曲。
[0015]進一步的，在步驟6中，當每次記錄的所述反射角大于O度且相同時，MEMS器件具有緊密的密封性能。
[0016]進一步的，在步驟5中，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述空腔的方向由向下彎曲逐漸變為不彎曲。
[0017]進一步的，在步驟6中，當每次記錄的所述反射角不相同時，MEMS器件不具有緊密的密封性能。
[0018]進一步的，所述第一晶片和第二晶片的鍵合方式為熔融鍵合。
[0019]進一步的，所述第二晶片和第三晶片的鍵合方式為金屬共晶鍵合。
[0020]進一步的，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜的厚度減薄至10 μ m-20 μ m。
[0021]為了達到本發明的另一目的，還提供一種晶圓級密封性的測量方法，包括:
[0022]步驟1:采用一晶圓級封裝工藝制作一 MEMS器件，所述MEMS器件由上至下依次由第一晶片、第二晶片和第三晶片鍵合而成，所述第二晶片中具有一 MEMS裝置，所述第一晶片和第三晶片通過MEMS裝置互通形成有空腔；
[0023]步驟2:使所述空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度減薄；
[0024]步驟2:使所述空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度減薄；
[0025]步驟3:將減薄后的MEMS器件放入一氣壓量測儀中，所述氣壓量測儀設置有一光學傳感器，所述空腔對應的第一晶片表面與所述光學傳感器面對面放置；
[0026]步驟4:所述氣壓量測儀中送入一預定氣壓，所述預定氣壓大于所述空腔中的氣壓；
[0027]步驟5:經過一預定時間后，通過所述光學傳感器記錄來自于所述空腔對應的第一晶片表面的光的反射角；
[0028]步驟6:重復步驟5，比較每次記錄的所述反射角，當每次記錄的所述反射角大于O度且相同時，采用所述晶圓級密封工藝制作MEMS器件；當每次記錄的所述反射角不相同時，停止使用所述晶圓級密封工藝制作MEMS器件，并對所述晶圓級密封工藝進行調整。
[0029]進一步的，在步驟5中，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述空腔的方向向下彎曲。
[0030]進一步的，在步驟5中，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述空腔的方向由向下彎曲逐漸變為不彎曲。
[0031]由上述技術方案可見，本發明公開的MEMS器件的測量方法，包括:步驟1:提供一MEMS器件，所述MEMS器件由上至下依次由第一晶片、第二晶片和第三晶片固相鍵合而成，所述第一晶片具有第一空腔，所述第二晶片中具有一 MEMS裝置，所述第三晶片具有第三空腔，所述第一空腔和第三空腔通過MEMS裝置互通形成第二空腔；步驟2:使所述第一空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度減薄；步驟3:將減薄后的MEMS器件放入一氣壓量測儀中，所述氣壓量測儀設置有一光學傳感器，所述第一空腔對應的第一晶片表面與所述光學傳感器面對面放置；步驟4:所述氣壓量測儀中送入一預定氣壓，所述預定氣壓大于所述第二空腔中的氣壓；步驟5:經過一預定時間后，通過所述光學傳感器記錄來自于所述第一空腔對應的第一晶片表面的光的反射角；步驟6:重復步驟5，比較每次記錄的所述反射角，以評估MEMS器件的密封性能，如所述第一空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述第二空腔的方向向下彎曲，且每次記錄的所述反射角大于O度且相同，則MEMS器件具有高度密封性；如所述第一空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述第二空腔的方向向下彎曲逐漸變為不彎曲，且每次記錄的所述反射角不相同，MEMS器件不具有高度密封性，本發明的測量方法操作簡單、效率高、成本低。
[0032]此外，本發明公開的晶圓級密封性的測量方法，當每次記錄的所述反射角大于O度且相同時，說明采用所述晶圓級密封方式制成的MEMS器件具有高度密封性，則可以繼續按照所述晶圓級密封工藝對芯片的局部進行密封，然后將MEMS器件從晶片上切割下來，而無需再進行密封性測試；當每次記錄的所述反射角不相同時，說明采用所述晶圓級密封方式制成的MEMS器件的氣密性不佳，停止使用所述晶圓級密封工藝制作MEMS器件，并對所述晶圓級密封工藝進行調整，直到再次評估的MEMS器件具有高度密封性時，則可以按照調整后的晶圓級密封工藝對芯片的局部進行密封，然后再將MEMS器件從晶片上切割下來，而無需再進行密封性測試，同樣，本發明的晶圓級密封性的測量方法操作簡單、效率高、成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為現有技術中具有MEMS裝置的晶圓級封裝過程中的局部剖面結構示意圖；
[0034]圖2為現有技術中MEMS器件封裝過程中的剖面結構示意圖；
[0035]圖3為圖2所示的MEMS器件封裝過程中的側視結構示意圖；
[0036]圖4為本發明實施例一中的MEMS器件的測量方法的流程圖；
[0037]圖5為本發明實施例二中的晶圓級密封性的測量方法的流程圖；
[0038]圖6為圖4和圖5所示的測量方法中MEMS器件放入氣壓測量儀進行測量的側視示意圖。
【具體實施方式】
[0039]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0040]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。
[0041]實施例一
[0042]以圖4所示的流程圖為例，結合圖6，對本發明提供的一種MEMS器件的測量方法進行詳細說明。
[0043]在步驟I中，提供一MEMS器件，所述MEMS器件包括三個晶片，分別為第一晶片10、具有厚度為20 μ m-50 μ m的第二晶片20和第三晶片30，所述第一晶片中具有一腔體10_1，所述第二晶片中具有一MEMS裝置20-1，所述第三晶片也具有一腔體30-1，將所述第一晶片和第二晶片的一表面鍵合，再將所述第三晶片與第二晶片的另一表面進行鍵合，所述第二晶片的一表面與其另一表面是相對的，由于MEMS裝置具有通孔，所以所述第一晶片的腔體和第三晶片的腔體通過所述MEMS裝置互通而形成一空腔。其中，所述腔體10-1、30-1的寬度為大于等于50 μ m，所述腔體10-1、30-1的深度為大于等于30 μ m，所述腔體10_1、30_1的寬度和深度不能過小，否則，在步驟S2中制成的所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沒有足夠的空間進行彎曲，無法完成評估測試。
[0044]其中，所述空腔為真空狀態，具有氣壓為PO。所述第一晶片作為MEMS器件的封裝蓋帽使用，且在所述第三晶片中制作有用以對信號進行分析和處理的CMOS器件。此外，所述第一晶片和第二晶片通過二氧化硅進行熔融鍵合，而所述第三晶片與第二晶片通過金屬鍺和金屬鋁進行金屬共晶鍵合。
[0045]在步驟2中，通過研磨和刻蝕工藝使所述空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度減薄至10-20 μ m,如所述空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度太厚，不易彎曲，如所述空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度太薄，容易斷裂。
[0046]在步驟3中，提供一氣壓量測儀40，所述氣壓量測儀的頂部設置有一光學傳感器CCD，將減薄后的MEMS器件放入氣壓量測儀中，并且使所述空腔對應的第一晶片表面與所述光學傳感器面對面放置，所述第一晶片表面與所述光學傳感器之間具有一定距離。
[0047]在步驟4中，向所述氣壓量測儀中送入一預定氣壓Pl，所述預定氣壓Pl大于所述空腔中的氣壓PO。
[0048]在步驟5中，經過一預定時間T后，所述光學傳感器向所述空腔對應的第一晶片表面射出光線，光線到達所述空腔對應的第一晶片表面后發射，所述光學傳感器會記錄光的反射角Θ。
[0049]如所述MEMS器件的空腔中的氣壓PO不泄露，則所述預定氣壓Pl始終大于所述空腔中的氣壓PO，因此所述空腔區域對應的第一晶片薄膜在高的預定氣壓Pl的作用下，始終向具有小的氣壓PO的空腔方向向下進行彎曲，那么反射角不會沿原來的方向返回而具有
一定角度。
[0050]如所述MEMS器件的空腔中的氣壓PO會泄露，最初所述空腔區域對應的第一晶片薄膜先在高的預定氣壓Pi的作用下，向具有小的氣壓PO的空腔方向向下進行彎曲，那么反射角不會沿原來的方向返回而具有一定角度。當所述預定氣壓Pl逐漸與所述MEMS器件的空腔中的氣壓PO交換，直到兩者平衡的過程中，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述空腔向下彎曲的狀態逐漸變為不彎曲，那么反射角會沿原來的方向返回而反射角為O度。
[0051]在步驟6中，重復步驟5，比較每次記錄的所述反射角，當每次記錄的所述反射角大于O度且相同時，MEMS器件具有高度密封性；當每次記錄的所述反射角不相同時，MEMS器件的氣密性并不良好。
[0052]實施例二
[0053]在實施例一的基礎上，以圖5所示的流程圖為例，結合圖6，對本發明提供的一種晶圓級密封性的測量方法進行詳細說明。
[0054]在步驟1中，采用一晶圓級封裝エ藝制作一 MEMS器件，所述MEMS器件的具體結構參見實施例一中的步驟1，在此不再一一贅述。
[0055]步驟2至步驟5參見實施例一中的步驟2至步驟5，在此不再一一贅述。
[0056]在步驟6中，重復步驟5，比較每次記錄的所述反射角。
[0057]當毎次記錄的所述反射角大于0度且相同吋，當毎次記錄的所述反射角大于0度且相同吋，說明采用所述晶圓級密封方式制成的MEMS器件具有高度密封性，則可以繼續按照所述晶圓級密封エ藝對芯片的局部進行密封，然后將MEMS器件從晶片上切割下來，而無需再進行密封性測試。
[0058]當姆次記錄的所述反射角不相同時,說明采用所述晶圓級密封方式制成的MEMS器件的氣密性不佳，停止使用所述晶圓級密封エ藝制作MEMS器件，并對所述晶圓級密封エ藝進行調整，直到再次評估的MEMS器件具有高度密封性吋，則可以按照調整后的晶圓級密封エ藝對芯片的局部進行密封，然后再將MEMS器件從晶片上切割下來，而無需再進行密封性測試，同樣，本發明的晶圓級密封性的測量方法操作簡單、效率高、成本低。
[0059]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統而言，由于與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
[0060]專業人員還可以進ー步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的単元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的范圍。
[0061]顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種MEMS器件的測量方法，其特征在于，包括: 步驟1:提供一 MEMS器件，所述MEMS器件由上至下依次由第一晶片、第二晶片和第三晶片鍵合而成，所述第二晶片中具有一 MEMS裝置，所述第一晶片和第三晶片通過MEMS裝置互通形成有空腔； 步驟2:使所述空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度減薄； 步驟3:將減薄后的MEMS器件放入一氣壓量測儀中，所述氣壓量測儀設置有一光學傳感器，所述空腔對應的第一晶片表面與所述光學傳感器面對面放置； 步驟4:所述氣壓量測儀中送入一預定氣壓，所述預定氣壓大于所述空腔中的氣壓；步驟5:經過一預定時間后，通過所述光學傳感器記錄來自于所述空腔對應的第一晶片表面的光的反射角； 步驟6:重復步驟5，比較每次記錄的所述反射角，以評估MEMS器件的密封性能。
2.如權利要求1所述的MEMS器件的測量方法，其特征在于:在步驟5中，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述空腔的方向向下彎曲。
3.如權利要求2所述的MEMS器件的測量方法，其特征在于:在步驟6中，當每次記錄的所述反射角大于O度且相同時，MEMS器件具有緊密的密封性能。
4.如權利要求1所述 的MEMS器件的測量方法，其特征在于:在步驟5中，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述空腔的方向由向下彎曲逐漸變為不彎曲。
5.如權利要求4所述的MEMS器件的測量方法，其特征在于:在步驟6中，當每次記錄的所述反射角不相同時，MEMS器件不具有緊密的密封性能。
6.如權利要求1所述的MEMS器件的測量方法，其特征在于:所述第一晶片和第二晶片的鍵合方式為熔融鍵合。
7.如權利要求1所述的MEMS器件的測量方法，其特征在于:所述第二晶片和第三晶片的鍵合方式為金屬共晶鍵合。
8.如權利要求1所述的晶圓級氣密性的測試方法，其特征在于:所述空腔區域對應的第一晶片薄膜的厚度減薄至10 μ m-20 μ m。
9.一種晶圓級密封性的測量方法，其特征在于，包括: 步驟1:采用一晶圓級封裝工藝制作一 MEMS器件，所述MEMS器件由上至下依次由第一晶片、第二晶片和第三晶片固相鍵合而成，所述第二晶片中具有一 MEMS裝置，所述第一晶片和第三晶片通過MEMS裝置互通形成有空腔； 步驟2:使所述空腔區域對應的第一晶片薄膜厚度減薄； 步驟3:將減薄后的MEMS器件放入一氣壓量測儀中，所述氣壓量測儀設置有一光學傳感器，所述空腔對應的第一晶片表面與所述光學傳感器面對面放置； 步驟4:所述氣壓量測儀中送入一預定氣壓，所述預定氣壓大于所述空腔中的氣壓；步驟5:經過一預定時間后，通過所述光學傳感器記錄來自于所述空腔對應的第一晶片表面的光的反射角； 步驟6:重復步驟5，比較每次記錄的所述反射角，當每次記錄的所述反射角大于O度且相同時，采用所述晶圓級密封工藝制作MEMS器件；當每次記錄的所述反射角不相同時，停止使用所述晶圓級密封工藝制作MEMS器件，并對所述晶圓級密封工藝進行調整。
10.如權利要求9所述的晶圓級密封性的測量方法，其特征在于:在步驟5中，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所述空腔的方向向下彎曲。
11.如權利要求9所述的晶圓級密封性的測量方法，其特征在于:在步驟5中，所述空腔區域對應的第一晶片薄膜沿所`述空腔的方向由向下彎曲逐漸變為不彎曲。
【文檔編號】G01M3/26GK103454052SQ201310386021
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】劉瑋蓀 申請人:上海宏力半導體制造有限公司