減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，通過對位于焊盤凹槽底部的稀薄而疏松的自然氧化物層進(jìn)行處理后以進(jìn)一步疏松或去除該自然氧化物層后，向焊盤凹槽底部通入氧氣并采用紫外線照射該氧氣以形成臭氧環(huán)境，臭氧與頂部金屬層暴露的表面發(fā)生反應(yīng)以在位于焊盤凹槽底部的頂部金屬層表面生成金屬氧化物層，且該金屬氧化物層的厚度大于自然氧化物層的厚度，由于該金屬氧化物層對焊盤結(jié)構(gòu)表面的保護(hù)作用，刻蝕鈍化層后殘留的氟離子無法穿透該金屬氧化物層，從而有效減少了焊盤結(jié)構(gòu)的結(jié)晶缺陷，進(jìn)而提升了器件的性能。
【專利說明】
減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著忍片集成度的增加和尺寸的減小，對焊盤（PAD)質(zhì)量的要求也越來越高，而 在采用含氣的刻蝕氣體對焊盤結(jié)構(gòu)中的純化層進(jìn)行刻蝕后會產(chǎn)生聚合物，雖然在后續(xù)的光 阻去除工藝中會去除一部分的聚合物，但仍會有部分聚合物殘留在焊盤結(jié)構(gòu)上，而殘留在 焊盤結(jié)構(gòu)上的氣離子也會混雜在聚合物中，殘留的氣離子穿過稀薄而疏松的自然氧化物層 與焊盤結(jié)構(gòu)表面的金屬發(fā)生反應(yīng)形成金屬氣化物，即焊盤結(jié)構(gòu)的結(jié)晶缺陷；而焊盤結(jié)構(gòu)的 結(jié)晶缺陷是引起半導(dǎo)體后段封裝工藝中鍵合失效的主要原因之一。
[0003] 目前，一般采用減少氣離子的殘留量W減少焊盤結(jié)構(gòu)的結(jié)晶缺陷，但是由于氣離 子很難去除且不可能完全去除，因此采用運種方式并不能有效減少焊盤結(jié)構(gòu)形成結(jié)晶缺 陷。
[0004] 因此如何找到一種有效減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員致力 研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]針對上述存在的問題，本發(fā)明公開一種減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，W克服現(xiàn) 有技術(shù)中焊盤結(jié)構(gòu)的結(jié)晶缺陷會引起半導(dǎo)體后段封裝工藝中鍵合失效的問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本申請記載了一種減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，包括如下 步驟：
[0007] 提供一表面設(shè)置有頂部金屬層的襯底；
[0008] 制備一純化結(jié)構(gòu)覆蓋所述頂部金屬層的上表面及其側(cè)壁和所述襯底裸露的表 面；
[0009] 部分刻蝕所述純化結(jié)構(gòu)至所述頂部金屬層表面W形成焊盤凹槽，并在位于所述焊 盤凹槽底部的頂部金屬層暴露的表面形成自然氧化層；
[0010] 對所述自然氧化物層進(jìn)行預(yù)處理工藝后，在臭氧環(huán)境中形成覆蓋在位于所述焊盤 凹槽底部的頂部金屬層暴露的表面的金屬氧化物層；
[0011] 其中，所述金屬氧化物層的厚度大于所述自然氧化物層的厚度。
[0012] 上述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其中，所述方法還包括：對所述自然氧化物 層進(jìn)行預(yù)處理工藝W去除或疏松該自然氧化物層。
[0013] 上述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其中，采用氣轟擊的方法對所述自然氧化 物層進(jìn)行預(yù)處理工藝W疏松該自然氧化物層。
[0014] 上述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其中，對所述自然氧化物層進(jìn)行預(yù)處理工 藝后，向所述焊盤凹槽底部通入氧氣并采用紫外線照射該氧氣W形成所述臭氧環(huán)境。
[0015] 上述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其中，采用含氣的刻蝕氣體部分刻蝕所述 純化結(jié)構(gòu)至所述頂部金屬層表面W形成焊盤凹槽的過程中產(chǎn)生聚合物，所述聚合物附著在 所述焊盤凹槽的內(nèi)表面，且刻蝕后殘留的氣離子混雜在所述聚合物中。
[0016] 上述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其中，所述純化層結(jié)構(gòu)包括純化層和阻擋 層，所述阻擋層覆蓋所述頂部金屬層的上表面，所述純化層覆蓋所述襯底裸露的表面、所述 頂部金屬層的側(cè)壁W及所述阻擋層的上表面及其側(cè)壁。
[0017] 上述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其中，所述阻擋層的材質(zhì)為鐵或氮化鐵。
[0018] 上述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其中，所述純化層的材質(zhì)為二氧化娃或氮 化娃。
[0019] 上述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其中，采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積 的方法沉積所述純化層。
[0020] 上述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其中，所述頂部金屬層的材質(zhì)為A1。
[0021] 綜上所述，本發(fā)明公開的一種減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，通過對位于焊盤凹 槽底部的稀薄而疏松的自然氧化物層進(jìn)行處理后W進(jìn)一步疏松或去除該自然氧化物層后， 向焊盤凹槽底部通入氧氣并采用紫外線照射該氧氣W形成臭氧環(huán)境，臭氧與頂部金屬層暴 露的表面發(fā)生反應(yīng)W在位于焊盤凹槽底部的頂部金屬層表面生成金屬氧化物層，且該金屬 氧化物層的厚度大于自然氧化物層的厚度，由于該金屬氧化物層對焊盤結(jié)構(gòu)表面的保護(hù)作 用，刻蝕純化層后殘留的氣離子無法穿透該金屬氧化物層，從而有效減少了焊盤結(jié)構(gòu)的結(jié) 晶缺陷，進(jìn)而提升了器件的性能。
[0022] 具體【附圖說明】
[002引通過閱讀參照W下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、外 形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可W按照比 例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0024] 圖1-7是本發(fā)明實施例中減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限 定。
[00%] 圖1-7是本發(fā)明實施例中減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法的流程示意圖，如圖1-7 所示：
[0027] 本實施例設(shè)及一種減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，包括如下步驟：
[0028] 步驟SI,提供一表面具有頂部金屬層2的襯底1 ;該襯底1上已形成有半導(dǎo)體器件 結(jié)構(gòu)（圖中未示出），對于不同的工藝，該襯底1上已形成的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)不同，由于本發(fā) 明不設(shè)及該部分的改進(jìn)，在此便不予寶述，如圖1所示的結(jié)構(gòu)。
[0029] 其中，上述頂部金屬層2的材質(zhì)優(yōu)選Al (侶）。
[0030] 步驟S2,制備純化結(jié)構(gòu)3覆蓋上述襯底1裸露的表面、上述頂部金屬層2的上表面 及其側(cè)壁；在本發(fā)明的實施例中，上述純化結(jié)構(gòu)3包括純化層（圖中未示出）和阻擋層（圖 中未示出），該阻擋層覆蓋頂部金屬層2的上表面，純化層覆蓋襯底1裸露的表面、頂部金屬 層2的側(cè)壁W及阻擋層的上表面及其側(cè)壁，如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
[0031] 優(yōu)選的，上述純化層的材質(zhì)為二氧化娃或氮化娃。
[0032] 優(yōu)選的，上述阻擋層的材質(zhì)為鐵或氮化鐵。
[0033] 具體的，在本發(fā)明的實施例中，先沉積一層阻擋層覆蓋頂部金屬層2的上表面，優(yōu) 選的，根據(jù)該阻擋層的材質(zhì)選擇沉積的具體工藝，當(dāng)阻擋層的材質(zhì)為鐵時，采用物理氣相沉 積的方法沉積該阻擋層，當(dāng)該阻擋層的材質(zhì)為氮化鐵時，采用原子沉積的方法沉積該阻擋 層；然后再采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積的方法沉積純化層覆蓋襯底裸露的表面、頂 部金屬層的側(cè)壁W及阻擋層的表面及其側(cè)壁。
[0034] 步驟S3,采用含氣的刻蝕氣體部分刻蝕上述純化結(jié)構(gòu)3至頂部金屬層2表面W形 成焊盤凹槽，上述頂部金屬層2、剩余的純化結(jié)構(gòu)3 ^構(gòu)成焊盤結(jié)構(gòu)，如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0035] 具體的，刻蝕上述純化結(jié)構(gòu)3形成焊盤凹槽的步驟包括：
[0036] 首先，旋涂一層光刻膠覆蓋上述純化結(jié)構(gòu)3的表面，經(jīng)過曝光、顯影后，形成具有 焊盤凹槽圖形的光阻（圖中未示出），然后W該光阻為掩膜采用含氣的刻蝕氣體部分刻蝕 上述純化結(jié)構(gòu)3 W暴露上述頂部金屬層2的部分表面，形成焊盤凹槽。
[0037] 在實際的工藝中，采用含氣的刻蝕氣體進(jìn)行干法刻蝕工藝W部分刻蝕上述純化結(jié) 構(gòu)3的過程中，會于刻蝕形成的焊盤凹槽內(nèi)表面形成聚合物（polymer)，在進(jìn)行光阻的去除 工藝后，焊盤凹槽的側(cè)壁角落仍會殘留一些聚合物，且刻蝕后殘留的氣離子很容易混雜在 運些聚合物中。
[0038] 在本發(fā)明的實施例中，若上述純化結(jié)構(gòu)3包括的純化層和阻擋層，則可采用含氣 的刻蝕氣體按照從上至下的順序依次刻蝕純化層和阻擋層至頂部金屬層2平面。
[0039] 步驟S4,由于自然氧化作用，位于上述焊盤凹槽底部的頂部金屬層2由于表面暴 露在空氣中而形成自然氧化物層4,運是由于位于上述焊盤凹槽底部的頂部金屬層2的表 面的金屬與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)而于上述焊盤凹槽底部形成一層自然金屬氧化物 層，一般來說，該自然氧化物層是稀薄的且疏松的，若該頂部金屬層2的材質(zhì)為侶，則該自 然氧化物層4為=氧化侶（Al2〇3)，在形成該自然氧化物層4的過程中，殘留的氣離子也可 能會與頂部金屬層暴露的表面發(fā)生反應(yīng)形成結(jié)晶缺陷，但是由于時間較短，形成的結(jié)晶缺 陷對半導(dǎo)體后段封裝工藝的影響可W忽略，如圖4所示的結(jié)構(gòu)。
[0040] 步驟S5,對上述自然氧化物層4進(jìn)行預(yù)處理工藝。具體的，采用氣轟擊 (Ar+bombar血ent)的方法對自然氧化物層4進(jìn)行處理W疏松該自然氧化物層4,經(jīng)過氣轟 擊的方法處理過的自然氧化層4變得更加稀薄和疏松，形成剩余的自然氧化層4 ^，如圖5 所示的結(jié)構(gòu)。
[0041] 在本發(fā)明的實施例中，直接采用干法刻蝕工藝去除該自然氧化物層4,使得后續(xù)形 成的〇3能夠更加充分的與位于焊盤凹槽底部的頂部金屬層2表面的金屬發(fā)生反應(yīng)。
[0042] 具體的，根據(jù)工藝需求選擇對上述自然氧化物層4進(jìn)行預(yù)處理的工藝，只要能夠 讓后續(xù)形成的化能夠與自然氧化物層4下方的頂部金屬層2的頂部金屬發(fā)生反應(yīng)，從而能 夠生成符合工藝需求的金屬氧化物層即可，在此便不予寶述。
[0043] 在實際的工藝中，在對上述自然氧化物層4進(jìn)行預(yù)處理工藝之后，殘留氣離子也 可能會與頂部金屬層暴露的表面發(fā)生反應(yīng)形成結(jié)晶缺陷，但是由于預(yù)處理工藝之后馬上進(jìn) 行步驟S6,時間間隔較短，形成的結(jié)晶缺陷對半導(dǎo)體后段封裝工藝的影響可W忽略， W44] 步驟S6,繼續(xù)向上述焊盤凹槽底部通入氧氣并采用紫外線照射扣V irradiation) 進(jìn)而W形成臭氧，即形成臭氧環(huán)境，臭氧與上述頂部金屬層2暴露的表面發(fā)生反應(yīng)W形成 覆蓋在位于焊盤凹槽底部的頂部金屬層2暴露的表面的金屬氧化物層5,且金屬氧化物層5 的厚度大于上述自然氧化物層4的厚度，如圖6和圖7所示的結(jié)構(gòu)。 W45] 上述步驟S6中，氧分子化）吸收紫外線OJV)，分解成活潑的氧原子（O): 〇2+UV - 0+0,氧原子再與鄰近的氧分子反應(yīng)生成臭氧：0+〇2- 03,然后臭氧再穿過剩余的自 然氧化物層4 ^ (在對上述自然氧化物層4進(jìn)行疏松的情況下）或者直接與位于上述焊盤 凹槽底部的頂部金屬層2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成一層金屬氧化物層5,若該頂部金屬層2的材 質(zhì)為侶，則 A1+03 - Al 2〇3。
[0046] 在本發(fā)明的實施例中，含氣的刻蝕氣體在刻蝕純化結(jié)構(gòu)3形成焊盤凹槽后，仍有 部分氣離子殘留在焊盤結(jié)構(gòu)上，極易穿過疏松的自然氧化層與位于焊盤凹槽底部的頂部金 屬層頂部的金屬發(fā)生反應(yīng)，形成金屬氣化物，即形成焊盤結(jié)構(gòu)的結(jié)晶缺陷，而本實施例中， 由于形成了較厚的金屬氧化物層，則氣離子無法穿過該金屬氧化物層與位于焊盤凹槽底部 的頂部金屬層頂部的金屬發(fā)生反應(yīng)，且在該焊盤結(jié)構(gòu)放置至進(jìn)行半導(dǎo)體后段封裝工藝時也 不會再與殘留的氣離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生金屬氣化物，從而減少了焊盤結(jié)構(gòu)的結(jié)晶缺陷。
[0047] 在完成本實施例的步驟之后，即采用本發(fā)明的方法后，從位于晶圓邊緣的焊盤結(jié) 構(gòu)W及位于晶圓中屯、的焊盤結(jié)構(gòu)中取樣，例如，取一個位于晶圓邊緣的焊盤結(jié)構(gòu)和一個位 于晶圓中屯、的焊盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行成分檢測得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：
[0048]
[0049] 而在完成傳統(tǒng)技術(shù)的步驟后，取一個位于晶圓邊緣的焊盤結(jié)構(gòu)和一個位于晶圓中 屯、的焊盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行成分檢測得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示： 陽化0]
陽051] 對采用本發(fā)明的方法后的焊盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽樣后的成分檢測與采用傳統(tǒng)技術(shù)的步 驟后的焊盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽樣后的成分檢測的0的含量進(jìn)行對比，可W明顯看出不管是位于晶 圓邊緣的還是中屯、的樣品檢測中本發(fā)明的方法得到的氧的含量高于傳統(tǒng)技術(shù)，由此可知， 本發(fā)明的方法形成的更多的金屬氧化物。
[0052] 綜上所述，本發(fā)明公開的一種減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，通過對位于焊盤凹 槽底部的稀薄而疏松的自然氧化物層進(jìn)行處理后W進(jìn)一步疏松或去除該自然氧化物層后， 向焊盤凹槽底部通入氧氣并采用紫外線照射該氧氣W形成臭氧環(huán)境，臭氧與頂部金屬層暴 露的表面發(fā)生反應(yīng)W在位于焊盤凹槽底部的頂部金屬層表面生成金屬氧化物層，且該金屬 氧化物層的厚度大于自然氧化物層的厚度，由于該金屬氧化物層對焊盤結(jié)構(gòu)表面的保護(hù)作 用，刻蝕純化層后殘留的氣離子無法穿透該金屬氧化物層，從而有效減少了焊盤結(jié)構(gòu)的結(jié) 晶缺陷，進(jìn)而提升了器件的性能。
[0053] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)W及上述實施例可W 實現(xiàn)所述變化例，在此不做寶述。運樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，在此不予寶 述。
[0054] W上對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予W實 施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述掲示 的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等 效實施例，運并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù) 本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對W上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明 技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，包括如下步驟： 提供一表面設(shè)置有頂部金屬層的襯底； 制備一鈍化結(jié)構(gòu)覆蓋所述頂部金屬層的上表面及其側(cè)壁和所述襯底裸露的表面； 部分刻蝕所述鈍化結(jié)構(gòu)至所述頂部金屬層表面以形成焊盤凹槽，并在位于所述焊盤凹 槽底部的頂部金屬層暴露的表面形成自然氧化層； 對所述自然氧化物層進(jìn)行預(yù)處理工藝后，在臭氧環(huán)境中形成覆蓋在位于所述焊盤凹槽 底部的頂部金屬層暴露的表面的金屬氧化物層； 其中，所述金屬氧化物層的厚度大于所述自然氧化物層的厚度。2. 如權(quán)利要求1所述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，所述方法還包括： 對所述自然氧化物層進(jìn)行預(yù)處理工藝以去除或疏松該自然氧化物層。3. 如權(quán)利要求2所述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，采用氬轟擊的方 法對所述自然氧化物層進(jìn)行預(yù)處理工藝以疏松該自然氧化物層。4. 如權(quán)利要求1所述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，對所述自然氧化 物層進(jìn)行預(yù)處理工藝后，向所述焊盤凹槽底部通入氧氣并采用紫外線照射該氧氣以形成所 述臭氧環(huán)境。5. 如權(quán)利要求1所述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，采用含氟的刻蝕 氣體部分刻蝕所述鈍化結(jié)構(gòu)至所述頂部金屬層表面以形成焊盤凹槽的過程中產(chǎn)生聚合物， 所述聚合物附著在所述焊盤凹槽的內(nèi)表面，且刻蝕后殘留的氟離子混雜在所述聚合物中。6. 如權(quán)利要求1所述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，所述鈍化層結(jié)構(gòu) 包括鈍化層和阻擋層，所述阻擋層覆蓋所述頂部金屬層的上表面，所述鈍化層覆蓋所述襯 底裸露的表面、所述頂部金屬層的側(cè)壁以及所述阻擋層的上表面及其側(cè)壁。7. 如權(quán)利要求6所述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，所述阻擋層的材 質(zhì)為鈦或氮化鈦。8. 如權(quán)利要求6所述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，所述鈍化層的材 質(zhì)為二氧化硅或氮化硅。9. 如權(quán)利要求6所述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，采用高密度等離 子體化學(xué)氣相沉積的方法沉積所述鈍化層。10. 如權(quán)利要求1所述的減少焊盤結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷的方法，其特征在于，所述頂部金屬層 的材質(zhì)為A1。
【文檔編號】H01L21/31GK105826183SQ201510005746
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月6日
【發(fā)明人】葉星, 張校平, 代大全
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司