[發明專利]提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法

有效

• 申請號: 200910194850.9
• 申請日: 2009-08-31
• 公開（公告）號: CN102005397A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 潘晶;卑多慧
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L21/321
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及半導體制造技術，特別涉及一種提高芯片鍵合塊抗腐蝕性的方法。

背景技術

在半導體器件封裝之前，在水中切割晶圓上制作的多個半導體器件；在半導體器件封裝時，該器件表面的多個未被鈍化層覆蓋的芯片鍵合塊與相應地外部引線鍵合連接。

圖1為現有的具有芯片鍵合塊的半導體器件剖視圖。圖2為現有的制作半導體器件的芯片鍵合塊的方法流程圖。現結合圖1及圖2，對半導體器件中的芯片鍵合塊的制作方法進行說明，具體如下：

步驟201：刻蝕互連層的頂層介質層形成一開口；

在互連層101的頂層介質層1012表面涂布感光膠；根據已形成的互連層101的頂層金屬層1011的位置及與設定的與該金屬層1011接觸的芯片鍵合塊102的位置，利用曝光顯影對互連層101的頂層介質層1012進行刻蝕，形成一開口，該開口用于形成芯片鍵合塊102。互連層101的頂層介質層1012的開口的底部與互連層101的頂層金屬層1011接觸。

步驟202：在頂層介質層表面和開口內進行金屬沉積；

利用濺射的方法在互連層101頂層介質層1012表面形成一層金屬沉積層，并在頂層介質層1012的開口內沉積金屬；利用化學機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，銅的質量分數為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；

根據設定的芯片鍵合塊102的形狀、金屬引線103的尺寸和位置，利用曝光顯影對金屬沉積層進行刻蝕，在互連層101的頂層介質層1012表面形成多條金屬引線103及多個與金屬引線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；根據芯片鍵合塊102的位置和形狀，利用曝光顯影對鈍化層104進行刻蝕，僅露出芯片鍵合塊102；然后進行感光膠灰化和濕法清洗，并對清洗后的半導體器件進行烘干。

步驟206：對刻蝕后的器件進行退火處理；

在高溫狀態下，在退火爐中通入氮氣(N₂)和/或氫氣(H₂)作為保護性氣體，對刻蝕后的露出芯片鍵合塊102的半導體器件進行退火處理。

退火過程中通入的保護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體器件發生其他不必要的化學反應，影響半導體器件的質量。

步驟207：結束。

圖3為現有的半導體器件的芯片鍵合塊的剖視圖。現結合圖3，對現有的半導體器件的芯片鍵合塊的結構進行說明，具體如下：

具有未被鈍化層104覆蓋的芯片鍵合塊102的半導體器件曝露在空氣中，組成芯片鍵合塊102的兩種相態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在低溫狀態下存在兩種相態的金屬，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，金屬本體301被曝露在空氣中的氧氣氧化時，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的致密結構，降低了Al₂O₃金屬氧化層302的抗腐蝕性。

在水中對在晶圓上制作的多個半導體器件進行切割時，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，當存在介質水時，鋁銅合金和金屬鋁發生電化學反應；含有少量CuO的Al₂O₃金屬氧化層302的抗腐蝕性能降低，在電化學反應過程中被腐蝕掉，容易使金屬本體301中的鋁在發生電化學反應時被腐蝕。上述電化學反應使芯片鍵合塊102表面被腐蝕，進而形成空洞，嚴重影響了半導體器件的質量。