專(zhuān)利名稱(chēng)：提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，特別涉及一種提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件封裝之前，在水中切割晶圓上制作的多個(gè)半導(dǎo)體器件；在半導(dǎo)體器 件封裝時(shí)，該器件表面的多個(gè)未被鈍化層覆蓋的芯片鍵合塊與相應(yīng)地外部引線鍵合連接。圖1為現(xiàn)有的具有芯片鍵合塊的半導(dǎo)體器件剖視圖。圖2為現(xiàn)有的制作半導(dǎo)體器 件的芯片鍵合塊的方法流程圖。現(xiàn)結(jié)合圖1及圖2，對(duì)半導(dǎo)體器件中的芯片鍵合塊的制作方 法進(jìn)行說(shuō)明，具體如下步驟201 刻蝕互連層的頂層介質(zhì)層形成一開(kāi)口 ；在互連層101的頂層介質(zhì)層1012表面涂布感光膠；根據(jù)已形成的互連層101的頂 層金屬層1011的位置及與設(shè)定的與該金屬層1011接觸的芯片鍵合塊102的位置，利用曝 光顯影對(duì)互連層101的頂層介質(zhì)層1012進(jìn)行刻蝕，形成一開(kāi)口，該開(kāi)口用于形成芯片鍵合 塊102?；ミB層101的頂層介質(zhì)層1012的開(kāi)口的底部與互連層101的頂層金屬層1011接 觸。步驟202 在頂層介質(zhì)層表面和開(kāi)口內(nèi)進(jìn)行金屬沉積；利用濺射的方法在互連層101頂層介質(zhì)層1012表面形成一層金屬沉積層，并在頂 層介質(zhì)層1012的開(kāi)口內(nèi)沉積金屬；利用化學(xué)機(jī)械研磨使金屬沉積層表面平坦化。為了增加 鋁的電子遷移性能，在用于濺射沉積的金屬鋁中增加了少量金屬銅，其中，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 5% 2%。步驟203 刻蝕金屬沉積層形成芯片鍵合塊及金屬引線；根據(jù)設(shè)定的芯片鍵合塊102的形狀、金屬引線103的尺寸和位置，利用曝光顯影對(duì) 金屬沉積層進(jìn)行刻蝕，在互連層101的頂層介質(zhì)層1012表面形成多條金屬引線103及多個(gè) 與金屬引線103連接的芯片鍵合塊102。步驟204 在金屬引線及芯片鍵合塊頂層形成鈍化層；利用化學(xué)氣相沉積，在金屬引線103表面、芯片鍵合塊102表面和未被金屬引線 102和芯片鍵合塊103覆蓋的互連層101頂層介質(zhì)層1012的表面形成一層鈍化層104。步驟205 刻蝕鈍化層露出芯片鍵合塊；在鈍化層104表面涂布感光膠；根據(jù)芯片鍵合塊102的位置和形狀，利用曝光顯影 對(duì)鈍化層104進(jìn)行刻蝕，僅露出芯片鍵合塊102 ；然后進(jìn)行感光膠灰化和濕法清洗，并對(duì)清 洗后的半導(dǎo)體器件進(jìn)行烘干。步驟206 對(duì)刻蝕后的器件進(jìn)行退火處理；在高溫狀態(tài)下，在退火爐中通入氮?dú)?N2)和/或氫氣(H2)作為保護(hù)性氣體，對(duì)刻 蝕后的露出芯片鍵合塊102的半導(dǎo)體器件進(jìn)行退火處理。退火過(guò)程中通入的保護(hù)性氣體具有一定的惰性，能夠避免退火爐中的殘留的氣體 與半導(dǎo)體器件發(fā)生其他不必要的化學(xué)反應(yīng)，影響半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。
步驟207:結(jié)束。圖3為現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的芯片鍵合塊的剖視圖?，F(xiàn)結(jié)合圖3，對(duì)現(xiàn)有的半導(dǎo)體器 件的芯片鍵合塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，具體如下具有未被鈍化層104覆蓋的芯片鍵合塊102的半導(dǎo)體器件曝露在空氣中，組成芯 片鍵合塊102的兩種相態(tài)的金屬分別被空氣中的氧氣氧化，在芯片鍵合塊102表面形成一 層金屬氧化層。上述芯片鍵合塊102包括金屬本體301和位于金屬本體301表面的金屬 氧化層302 ；包含少量金屬銅的金屬本體301在低溫狀態(tài)下存在兩種相態(tài)的金屬，分別是 銅鋁合金和金屬鋁，且銅鋁合金和金屬鋁之間存在電壓差；由于金屬本體301存在兩種相 態(tài)，金屬本體301被曝露在空氣中的氧氣氧化時(shí)，金屬本體301中的鋁被氧化為三氧化二 鋁(Al2O3),鋁銅合金中的銅被氧化為氧化銅(CuO)，在金屬本體301表面形成的金屬氧化層 302能夠阻擋金屬本體301中具有一定活性的鋁繼續(xù)被氧化。含有少量CuO的Al2O3金屬 氧化層302中，具有一定活性的CuO破壞了具有一定惰性的Al2O3的致密結(jié)構(gòu)，降低了 Al2O3 金屬氧化層302的抗腐蝕性。在水中對(duì)在晶圓上制作的多個(gè)半導(dǎo)體器件進(jìn)行切割時(shí)，芯片鍵合塊102的金屬本 體301中的鋁銅合金和金屬鋁存在電壓差，當(dāng)存在介質(zhì)水時(shí)，鋁銅合金和金屬鋁發(fā)生電化 學(xué)反應(yīng)；含有少量CuO的Al2O3金屬氧化層302的抗腐蝕性能降低，在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中被 腐蝕掉，容易使金屬本體301中的鋁在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)被腐蝕。上述電化學(xué)反應(yīng)使芯片 鍵合塊102表面被腐蝕，進(jìn)而形成空洞，嚴(yán)重影響了半導(dǎo)體器件的質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常采用兩種方法解決電化學(xué)反應(yīng)對(duì)芯片鍵合塊腐蝕的問(wèn)題。方法 一是在切割在晶圓上制作的多個(gè)半導(dǎo)體器件的水中加入緩蝕劑，減緩芯片鍵合塊中兩種相 態(tài)的金屬之間的電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而減少電化學(xué)反應(yīng)對(duì)芯片鍵合塊的腐蝕；但是，緩蝕劑的價(jià) 格昂貴，該方法的造價(jià)較高。方法二是在芯片鍵合塊制作過(guò)程中，在步驟206的退火之前， 對(duì)未被鈍化層覆蓋的芯片鍵合塊進(jìn)氧化處理，主要是在低溫狀態(tài)(溫度小于等于200°C)下 通入足量的氧氣，在芯片鍵合塊102表面形成一層較厚的金屬氧化層302 ；但是，以Al2O3為 主要成分的金屬氧化層302厚度增加的同時(shí)，該金屬氧化層302中還是摻雜了破壞Al2O3致 密結(jié)構(gòu)的CuO ；因此，即使以Al2O3為主要成分的金屬氧化層302厚度增加，含有少量CuO的 Al2O3金屬氧化層302仍不能避免電化學(xué)反應(yīng)對(duì)金屬氧化層202及金屬本體201的腐蝕。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法避免對(duì)晶圓上制作的半導(dǎo)體器件進(jìn)行切割時(shí)發(fā)生的電化 學(xué)反應(yīng)對(duì)芯片鍵合塊的腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法，該方法能夠避免 晶圓上制作的半導(dǎo)體器件切割過(guò)程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)對(duì)芯片鍵合塊的腐蝕。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法，該方法包括在芯片鍵合塊形成后，在溫度大于270°C的狀態(tài)下通入氧化性氣體，在芯片鍵合塊
表層形成金屬氧化層。上述方法中，所述芯片鍵合塊形成的方法包括刻蝕互連層的頂層介質(zhì)層形成一用于形成芯片鍵合塊的開(kāi)口 ；
在頂層介質(zhì)層表面和開(kāi)口內(nèi)進(jìn)行金屬沉積獲得一金屬沉積層；根據(jù)芯片鍵合塊的形狀和位置、金屬引線的尺寸和位置對(duì)金屬沉積層刻蝕，形成 金屬引線及與金屬引線連接的芯片鍵合塊。較佳地，所述芯片鍵合塊形成后進(jìn)一步包括利用化學(xué)氣相沉積在金屬引線表面、芯片鍵合塊表面和未被金屬引線和芯片鍵合 塊覆蓋的頂層介質(zhì)層表面形成鈍化層；刻蝕芯片鍵合塊表面的鈍化層，并對(duì)刻蝕后具有芯片鍵合塊的器件進(jìn)行退火處理。上述方法中，所述氧化性氣體為氧氣、一氧化二氮和水蒸氣中的一種或多種組合。上述方法中，所述金屬氧化層為三氧化二鋁金屬氧化層。上述方法中，所述溫度大于270°C的狀態(tài)為利用化學(xué)氣相沉積形成鈍化層的狀態(tài)。上述方法中，所述溫度大于270°C的狀態(tài)為刻蝕芯片鍵合塊表面的鈍化層后進(jìn)行 的退火狀態(tài)。由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明提供了一種提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法，該 方法包括在芯片鍵合塊形成后，在溫度大于270°C的狀態(tài)下通入氧化性氣體，在芯片鍵合 塊表層形成金屬氧化層。采用本發(fā)明的方法，無(wú)需在切割時(shí)添加額外的緩蝕劑，降低了成 本；且無(wú)需增加額外的氧化步驟，只需在形成芯片鍵合塊后的后續(xù)處理過(guò)程中通入氧化性 氣體就可在芯片鍵合塊表層形成結(jié)構(gòu)致密的金屬氧化層，提高了芯片鍵合塊的抗腐蝕性 能，避免了現(xiàn)有技術(shù)中晶圓上制作的半導(dǎo)體器件切割過(guò)程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)對(duì)芯片鍵合 塊的腐蝕。


圖1為現(xiàn)有的具有芯片鍵合塊的半導(dǎo)體器件剖視圖。圖2為現(xiàn)有的制作半導(dǎo)體器件的芯片鍵合塊的方法流程圖。圖3為現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的芯片鍵合塊的剖視圖。圖4為本發(fā)明提高芯片鍵合塊抗腐蝕性方法第一較佳實(shí)施例的方法流程圖。圖5為采用本發(fā)明的方法獲得的半導(dǎo)體起見(jiàn)的芯片鍵合塊的剖視圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例， 對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提出了一種提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法，該方法在芯片鍵合塊形成 后，在溫度大于270°C的狀態(tài)下通入氧化性氣體，在芯片鍵合塊表層形成金屬氧化層。圖4為本發(fā)明提高芯片鍵合塊抗腐蝕性方法第一較佳實(shí)施例的方法流程圖。圖5 為采用本發(fā)明的方法獲得的芯片鍵合塊的剖視圖?，F(xiàn)結(jié)合圖4及圖5，對(duì)本發(fā)明提高芯片鍵 合塊抗腐蝕性的方法進(jìn)行說(shuō)明，具體如下步驟401 刻蝕互連層的頂層介質(zhì)層形成一開(kāi)口 ；步驟402 在頂層介質(zhì)層表面和開(kāi)口內(nèi)進(jìn)行金屬沉積；步驟403 刻蝕金屬沉積層形成芯片鍵合塊及金屬引線；
步驟404 在金屬引線及芯片鍵合塊頂層形成鈍化層；步驟405 刻蝕鈍化層露出芯片鍵合塊；本實(shí)施例中步驟401至步驟405的方法與現(xiàn)有技術(shù)的方法相同，在此不再贅述。步驟406 對(duì)刻蝕后的器件進(jìn)行退火，并通入氧化性氣體；在高溫狀態(tài)下，在退火爐中通入保護(hù)性氣體外，還通入少量氧化性氣體。保護(hù)性氣體與現(xiàn)有技術(shù)中退火過(guò)程中通入的保護(hù)性氣體相同，都為氮?dú)?N2)和/ 或氫氣(H2)。氧化性氣體可以為氧氣(O2)、一氧化二氮(N2O)和水蒸氣(H2O)中的一種或多種氣 體的組合。退火后的半導(dǎo)體器件的芯片鍵合塊包括金屬本體501和位于金屬本體表面的金 屬氧化層502。芯片鍵合塊的金屬本體501在退火時(shí)變?yōu)橐环N相態(tài)，銅原子均一地分布在鋁 原子中間，形成穩(wěn)定的銅鋁合金共融體，該共融體中不存在鋁金屬。當(dāng)退火時(shí)通入少量的氧 化性氣體，未被鈍化層覆蓋的金屬本體501的表面被氧化性氣體氧化，形成一層金屬氧化 層502。由于金屬本體501在退火時(shí)只含銅鋁合金，而鋁比銅有活性，即使退火時(shí)產(chǎn)生了少 量的CuO，鋁在高溫下將CuO還原為銅并生成Al2O315因此，采用本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的方 法，在退火過(guò)程中通入氧化性氣體，金屬本體501表面形成的金屬氧化層502為不含CuO雜 質(zhì)具有惰性的結(jié)構(gòu)致密的Al2O3氧化層。由于Al2O3氧化層不含有CuO雜質(zhì)，且結(jié)構(gòu)致密，能夠較好地抵電化學(xué)反應(yīng)對(duì)金屬 氧化層501及金屬本體501的腐蝕。退火時(shí)的高溫狀態(tài)為大于400°C的狀態(tài)。步驟407:結(jié)束。本發(fā)明芯片鍵合塊的金屬本體501包含鋁金屬和少量銅，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 5% 2%。金屬本體501在270°C以下時(shí)為銅鋁合金和鋁金屬兩種物理相態(tài)，若在270°C 以下的溫度對(duì)具有兩種物理相態(tài)的金屬本體501進(jìn)行氧化，氧化后獲得的金屬氧化層502 為含有CuO雜質(zhì)的Al2O3氧化層；金屬本體501在270°C以上時(shí)為一種物理相態(tài)，若在270°C 以上的溫度對(duì)銅鋁合金組成的金屬本體501進(jìn)行氧化，氧化后獲得的金屬氧化層502為不 含CuO雜質(zhì)的Al2O3氧化層。本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例中，在半導(dǎo)體器件的芯片鍵合塊的制作過(guò)程中，在形成 鈍化層時(shí)通入氧化性氣體，也就是在現(xiàn)有半導(dǎo)體器件的芯片鍵合塊制作方法的步驟204通 入氧化性氣體，第二較佳實(shí)施例中制作芯片鍵合塊的其它步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再 贅述。本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例的方法在化學(xué)氣相沉積時(shí)的高溫狀態(tài)(溫度大于270°C) 下通入少量氧化性氣體，在芯片鍵合塊表面形成鈍化層的同時(shí)形成一層不含CuO雜質(zhì)只含 Al2O3的金屬氧化層502?；瘜W(xué)氣相沉積時(shí)形成的不含CuO雜質(zhì)只含Al2O3的金屬氧化層502 具有一定的惰性，且結(jié)構(gòu)致密，能夠阻擋切割晶圓上的半導(dǎo)體器件時(shí)電化學(xué)反應(yīng)對(duì)金屬氧 化層502及金屬本體501的腐蝕，提高了芯片鍵合塊的抗腐蝕性。本發(fā)明的第三較佳實(shí)施例中，在半導(dǎo)體器件的芯片鍵合塊的制作過(guò)程中，在形成 鈍化層時(shí)和對(duì)刻蝕后的器件退火時(shí)通入氧化性氣體，也就是在現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的芯片鍵 合塊的制作方法的步驟204和步驟206通入氧化性氣體，第三較佳實(shí)施例中制作芯片鍵合 塊方法的其他步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再贅述。本發(fā)明的第三較佳實(shí)施例的方法在化學(xué)氣相沉積時(shí)的高溫狀態(tài)(溫度大于270°C )下通入少量氧化性氣體，在芯片鍵合塊表面形 成鈍化層的同時(shí)形成一層不含CuO雜質(zhì)只含Al2O3的金屬氧化層502 ；且在退火時(shí)的高溫狀 態(tài)(溫度大于400°C )下通入少量氧化性氣體，在芯片鍵合塊的金屬本體501的表面形成 一層不含CuO雜質(zhì)只含Al2O3的金屬氧化層502?；瘜W(xué)氣相沉積時(shí)和退火時(shí)形成的不含CuO 雜質(zhì)只含Al2O3的金屬氧化層502具有一定的惰性，且結(jié)構(gòu)致密，能夠阻擋切割晶圓上的半 導(dǎo)體器件時(shí)電化學(xué)反應(yīng)對(duì)金屬氧化層502及金屬本體501的腐蝕，提高了芯片鍵合塊的抗 腐蝕性。本發(fā)明的上述較佳實(shí)施例中，無(wú)需采用額外的氧化步驟和昂貴的緩蝕劑，不僅操 作簡(jiǎn)便，而且造價(jià)低廉，解決了現(xiàn)有的切割晶圓上制作的半導(dǎo)體器件的過(guò)程中發(fā)生的電化 學(xué)反應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體器件的芯片鍵合塊的腐蝕。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法，該方法包括在芯片鍵合塊形成后，在溫度大于270°c的狀態(tài)下通入氧化性氣體，在芯片鍵合塊表層 形成金屬氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯片鍵合塊形成的方法包括 刻蝕互連層的頂層介質(zhì)層形成一用于形成芯片鍵合塊的開(kāi)口；在頂層介質(zhì)層表面和開(kāi)口內(nèi)進(jìn)行金屬沉積獲得一金屬沉積層； 根據(jù)芯片鍵合塊的形狀和位置、金屬引線的尺寸和位置對(duì)金屬沉積層刻蝕，形成金屬 引線及與金屬引線連接的芯片鍵合塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述芯片鍵合塊形成后進(jìn)一步包括 利用化學(xué)氣相沉積在金屬引線表面、芯片鍵合塊表面和未被金屬引線和芯片鍵合塊覆蓋的頂層介質(zhì)層表面形成鈍化層；刻蝕芯片鍵合塊表面的鈍化層，并對(duì)刻蝕后具有芯片鍵合塊的器件進(jìn)行退火處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述氧化性氣體為氧氣、一氧化二 氮和水蒸氣中的一種或多種組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化層為三氧化二鋁金屬 氧化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述溫度大于270°C的狀態(tài)為利用化學(xué)氣 相沉積形成鈍化層的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述溫度大于270°C的狀態(tài)為刻蝕芯片鍵 合塊表面的鈍化層后進(jìn)行的退火狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法，該方法包括在芯片鍵合塊形成后，在溫度大于270℃的狀態(tài)下通入氧化性氣體，在芯片鍵合塊表層形成金屬氧化層。采用本發(fā)明的方法，在芯片鍵合塊表面形成一層結(jié)構(gòu)致密的金屬氧化層，提高了芯片鍵合塊的抗腐蝕性，且降低了成本，解決了現(xiàn)有技術(shù)中晶圓上制作的半導(dǎo)體器件切割過(guò)程中電化學(xué)反應(yīng)腐蝕芯片鍵合塊的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L21/321GK102005397SQ200910194850
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者卑多慧, 潘晶 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司