[發明專利]一種監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法

在審

• 申請號: 201410165858.3
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN105097427A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 金滕滕;丁敬秀;張先明;馮健;游寬結
• 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: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;B08B3/10
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別是涉及一種監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法。

背景技術

隨著微電子器件高集成度和多功能化的要求，現有的2D封裝技術已經難以滿足要求，而三維封裝具有尺寸小、重量輕、提高效率等優點，正逐步成為電子封裝的主流技術。鍵合是實現三維封裝的關鍵工藝，但同時也是制約三維封裝技術發展的一個瓶頸。目前，應用于三維封裝的鍵合技術大體可分為兩類：一類是無中間層的直接鍵合技術，主要包括硅-硅直接鍵合和硅-玻璃陽極鍵合。由于硅-硅直接鍵合涉及到高溫，而陽極鍵合涉及高電壓，在三維封裝中均受到一定程度的限制；另一類是具有中間層的間接鍵合技術，如利用焊料作為中間層的焊料鍵合和利用金屬層作為中間層的熱壓鍵合。如圖1所示，在現有的熱壓鍵合技術中，先將生長有金屬膜11的兩晶片10面對面置于熱板12上，并在上面一晶片未接觸一面加上蓋板13，將熱板12升溫到一定的溫度，然后施加一定的鍵合壓力14，保溫保壓一定的時間，即可完成熱壓鍵合過程。其工作原理為：在一定的溫度、壓力和時間作用下，金屬薄膜界面原子間存在相互擴散作用而實現鍵合。在三維晶片封裝技術中，晶片面對面堆疊(F2FStacking)、2.5D硅中介層(Interposer)等，一般采用金屬銅或金薄膜作為中間層。，而目前常用的是銅膜-銅膜的低溫熱壓鍵合方式。

在3D-CIS(CMOSImageSensor，CMOS圖像傳感器)項目中，銅膜-銅膜鍵合之前需要一步預清洗的步驟，該步驟的目的是將銅膜表面的氧化銅完全去除，以避免氧化銅防止銅膜-銅膜之間的擴散，阻礙鍵合工藝的進行。在現有工藝中，一般使用檸檬酸清洗去除銅膜表面的氧化銅，原理在于：檸檬酸不與Cu反應，但可以與Cu²⁺反應，因此，使用檸檬酸清洗，即可以完全去除氧化銅，而又不損傷銅膜。檸檬酸與CuO之間主要的化學反應方程式為：

CuO+C₆H₈O₇→C₆H₆CuO₇+H₂O(1)

為了監測檸檬酸的清洗效果，穩定其對氧化銅刻蝕的效果，現有工藝中一般都預先模擬該預清洗工藝，尋找出合適的清洗條件。在模擬預清洗工藝中，預清洗之后采用X射線光電能譜儀(XPS，X-rayPhotoelectronSpectroscopy)來識別樣品表面的化學成分，以此來判斷銅膜表面的氧化銅是否被完全去除。但是，在預清洗后采用X射線光電能譜儀分析樣品表面的化學成分所需要的周期比較長，監控的準確度較低，其實時性太差，且會對樣品表面造成傷害。

鑒于此，尋找一種新的有效地監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法以解決上述技術問題非常必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法，用于解決現有工藝中，在生長有金屬膜的晶片預清洗后，使用X射線光電能譜儀識別樣品金屬膜表面的化學成分，以此來判斷金屬氧化物是否被完全去除的方法中存在的監控時效性差，監控的準確度較低，且對樣品表面容易造成傷害的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法，所述監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法至少包括以下步驟：

1)提供一晶片，在所述晶片上生長一層金屬膜；

2)測試所述金屬膜的第一反射率；

3)使所述金屬膜的表面氧化，以生成一層金屬氧化物；

4)使用金屬氧化物腐蝕溶液清洗烘烤后的所述表面生長有金屬膜的晶片；

5)測試所述清洗后的晶片表面金屬膜的第二反射率，通過對比所述第二反射率和所述第一反射率來判斷金屬氧化物是否被完全去除；

6)若判斷所述金屬氧化物被完全去除，將所使用的金屬氧化物腐蝕溶液應用到實際晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝中。

優選地，步驟1)中在所述晶片表面生長金屬膜的方法為電鍍法、蒸發法、PVD或CVD。

優選地，步驟1)中所述金屬膜的厚度為0.1μm～1.0μm。

優選地，步驟3)中使所述金屬膜的表面氧化的方法為：將所述表面生長有金屬膜的晶片放入氧氣氣氛下進行烘烤，設置烘烤的溫度為100℃～300℃，烘烤時間為1分鐘～120分鐘。

優選地，步驟4)中使用金屬氧化物腐蝕溶液清洗的時間為5分鐘～60分鐘。

優選地，步驟1)中所述晶片的材料為硅、砷化鎵、氮化鎵、磷化銦或汞鉻碲。