CN108847410A - 改善焊盘表面缺陷的方法及焊盘的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善焊盘表面缺陷的方法及焊盘的制造方法，通过在对焊盘进行湿法清洗之前，对焊盘的表面进行热处理并快速冷却，可以减少在刻蚀形成焊盘的过程中形成的第二相成分等，从而可以使得后续湿法清洗工艺在焊盘表面上的湿法刻蚀速率基本一致，进而有效地改善焊盘表面的凹点缺陷，提升产品性能。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种改善焊盘表面缺陷的方法及焊盘的制造方法。
背景技术
在集成电路制造工艺中，需要形成焊盘(Bond PAD)来为后续的封装工艺做准备。经过材料和工艺的不断探索与优化，目前业界通常采用Al-Cu合金制作焊盘(Bond PAD)。具体地，在Al-Cu合金沉积完成后，通常会采用干法刻蚀工艺进行刻蚀而形成焊盘(BondPAD)，然后进行后续的湿法清洗以去除刻蚀过程中的副产物来保持焊盘(Bond PAD)表面的清洁。但是在实际的工艺中，请参考图1A至图1C，对沉积的Al-Cu合金膜层100进行刻蚀的过程中，膜层100表面会受到刻蚀过程中的高温反应气体，等离子体轰击等影响而析出某些第二相成分101(例如是Al2Cu，对于Al-Cu合金，当从大于300℃的温度缓慢冷却至室温时会有Al2Cu相析出)，在后续的湿法清洗工艺中，清洗剂(通常为酸液)会对Al有一定的刻蚀速率，因此会去除掉少量的Al，当膜层100表面存在某些第二相成分101时，因为湿法刻蚀速率的不同就会在表面产生凹点缺陷(PAD Pits)102，这些凹点缺陷(PAD Pits)102会影响产品外观，在严重时甚至可能对后续封装制程中的引线工艺(Wire Bond)产生不利影响，进而影响集成电路的性能，因此需要改善这种缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善焊盘表面缺陷的方法及焊盘的制造方法，能够减少焊盘表面上的凹点缺陷，提升产品性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种改善焊盘表面缺陷的方法，在对焊盘进行湿法清洗之前，对焊盘的表面进行热处理并快速冷却。
可选地，所述热处理所使用的设备是快速退火设备、表面处理设备或薄膜沉积设备。
可选地，所述表面处理设备是氧气处理设备或者灰化处理设备。
可选地，所述热处理的反应气氛为氮气氛围、氧气氛围、氮气和氧气混合氛围或真空环境，反应温度为250℃～600℃，反应时间为5s～600s。
可选地，所述快速冷却的过程包括：以降温速率大于等于6℃/s的速度降至室温。
可选地，一次所述热处理和一次所述快速冷却组成一次后处理，所述改善焊盘表面缺陷的方法，在对焊盘进行湿法清洗之前，进行多次所述后处理。
本发明还提供一种焊盘的制造方法，包括以下步骤：
在一基底表面上形成用于制作焊盘的膜层；
干法刻蚀所述膜层，以形成焊盘；
采用上述的改善焊盘表面缺陷的方法，对所述焊盘的表面进行处理；
对所述处理后的焊盘进行湿法清洗。
可选地，所述膜层的材质包括铝、银、铜和金中的一种或多种。
可选地，所述膜层的材质为Al-Cu合金。
可选地，所述湿法清洗的清洗剂为酸液。
与现有技术相比，本发明的技术方案，通过在对焊盘进行湿法清洗之前，对焊盘的表面进行热处理并快速冷却，可以减少在刻蚀形成焊盘的过程中形成的第二相成分等，从而可以使得后续湿法清洗工艺在焊盘表面上的湿法刻蚀速率基本一致，进而有效地改善焊盘表面的凹点缺陷，提升产品性能，本发明的技术方案可以适用于所有具有焊盘形成的工艺，包括传统的晶圆制造以及新型的三维集成电路(3D IC)的晶圆制造。
附图说明
图1A至图1C是现有的一种焊盘制造工艺中的焊盘剖面结构示意图；
图2是本发明具体实施例的焊盘的制造方法的流程图；
图3A至图3D是本发明具体实施例的焊盘的制造方法中的焊盘剖面结构示意图；
图4是现有方法制造的焊盘的光学显微镜影像图；
图5是本发明的方法制造焊盘的光学显微镜影像图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的技术方案作详细的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。
由于在焊盘形成(Bond PAD formation)的工艺中，焊盘表面会受到刻蚀过程的影响(例如高温反应气体、等离子体轰击等)而析出第二相成分(Al2Cu)，在后续的湿法清洗工程中，清洗剂通常会对Al有一定的刻蚀速率，当焊盘表面存在某些第二相成分时，会造成焊盘表面上的湿法刻蚀速率不同，进而就会在焊盘表面产生凹点缺陷(PAD Pits)，因此，本发明提供一种改善焊盘表面缺陷的方法，在干法刻蚀之后且对焊盘进行湿法清洗之前，对焊盘的表面进行后处理(Post Treatment)，即对焊盘的表面进行热处理并快速冷却，由此来使得焊盘表面上的第二相成分重新分解，即减少刻蚀后的第二相成分，从而可以有效地改善湿法清洗后的焊盘表面上的凹点缺陷，提升产品性能。
其中，所述热处理所使用的设备可以是快速退火设备(RTA)、表面处理设备(氧气处理设备O2treatment,灰化处理设备Asher等等)或薄膜沉积设备，所述热处理的反应气氛为氮气(N2)氛围、氧气(O2)氛围、氮气和氧气混合氛围或真空环境，反应温度为250℃～600℃，反应时间为5s～600s，以降温速率大于等于6℃/s的速度快速冷却至室温。一次所述热处理和一次所述快速冷却组成一次后处理工艺，可以依据前制程的不同，适当调整后处理工艺的具体参数，选择性进行多次后处理。
本发明的技术方案可以适用于所有具有焊盘形成的工艺，包括传统的晶圆制造以及新型的三维集成电路(3D IC)的晶圆制造。因此，请参考图2，本发明提供一种焊盘的制造方法，包括以下步骤：
S1，在一基底表面上形成用于制作焊盘的膜层；
S2，干法刻蚀所述膜层，以形成焊盘；
S3，对所述焊盘的表面进行热处理并快速冷却；
S4，对所述处理后的焊盘进行湿法清洗。
请参考图3A，在步骤S1中，首先，提供一基底(未图示)，所述基底可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。在所述基底上形成有器件层和金属互连结构，其中器件层可以包括诸如NMOS、PMOS晶体管等组成的各种电路结构，此外，在所述基底中还可以形成有用于隔离两器件的隔离结构，所述隔离结构为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构。金属互连结构可以为各种互连结构，用于下方器件层实现电性连接，且金属互连结构可以根据需要设置各种数量的介电层和金属层，例如6层或7层介电层和金属层。金属互连结构包括顶部互连金属层，其通过导电插塞与下方互连金属层电性连接，顶部互连金属层可以设置在顶部钝化层之中并被部分暴露出来，暴露出来的部分其表面上需要制造焊盘。顶部钝化层可以采用各种合适的钝化层材料，例如氧化物、氮化物或氮氧化物等，可通过常用的PVD、CVD、ALD等工艺形成。顶部互连金属层可以是铝、铜等金属，可以通过电镀等工艺形成。接着，可以采用用化学气相沉积、物理气相沉积(如电镀或溅射)或原子层沉积等工艺在所述基底表面上沉积用于制作焊盘的膜层300，所述膜层300的材质可以为铝(Al)、银(Ag)、铜(Cu)和金(Au)中的一种或多种，综合对比各种材料的电阻率、在基底上的附着性、扩散率等原因，本实施例中，所述膜层300的材料为Al-Cu合金，例如是Al-0.05％Cu合金。
请参考图3B，在步骤S2中，可以通过光刻工艺定义出膜层300中用于制作焊盘的部分以及需要去除的部分，然后通过干法刻蚀工艺刻蚀膜层300，以形成与顶部互连金属层电接触的焊盘300’。其中，所述干法蚀刻工艺包括但不限于：反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻、等离子体蚀刻或者激光切割。所述干法刻蚀可以采用Cl2或其他卤族元素气体作为刻蚀气体。在此过程中，焊盘300’表面由于受到高温反应气体、等离子体轰击等的影响而析出第二相成分(Al2Cu)301，为了减小第二相成分(Al2Cu)对后续湿法清洗的不利影响，需要通过步骤S3进行处理。
请参考图3B和3C，在步骤S3中，可以对形成的焊盘300’进行后处理(PostTreatment)，即对焊盘300’的表面进行热处理并快速冷却，由此来使得焊盘300’表面上的第二相成分301重新分解，即减少干法刻蚀后的第二相成分，从而可以有效地改善后续的湿法清洗后的焊盘300’表面上的凹点缺陷，提升产品性能.其中，所述热处理所使用的设备可以是快速退火设备(RTA)、表面处理设备(氧气处理设备O2treatment,灰化处理设备Asher等等)或薄膜沉积设备，所述热处理的反应气氛为氮气(N2)氛围、氧气(O2)氛围、氮气和氧气混合氛围或真空环境，反应温度为250℃～600℃(例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃)，反应时间为5s～600s(例如为10s、15s、20s、25s、30s、35s、40s、50s、60s、90s、100s、120s、150s、200s、250s、300s、350s、400s、450s、500s、550s)，所述快速冷却的过程包括以降温速率大于等于6℃/s的速度降至室温(例如是10℃/s)，以防止第二相成分再次析出。本实施例中将一道所述热处理紧接着一道所述快速冷却定义为一次后处理工艺，可以依据干法刻蚀制程的不同，适当调整后处理工艺的具体参数，选择性进行多次后处理，来最大程度的去除第二相成分301，同时保证焊盘300’的电学性能。
请参考图3D，在步骤S4中，采用湿法清洗工艺对所述焊盘300’进行清洗，以去除焊盘300’表面上的有机物等其他副产物，来保持焊盘300’表面的清洁。所述湿法清洗工艺可以采用如磷酸、醋酸、硝酸和水以一定比例组成的酸液作为清洗剂。由于步骤S2干法刻蚀工艺中产生的影响湿法刻蚀速率一致性的第二相成分已在步骤S3中被处理，因此在本步骤中焊盘300’表面上的湿法刻蚀速率相对一致，焊盘300’表面上的凹点缺陷得以大大减少。请参考图4和图5，图4所示为现有技术中制造的焊盘的光学显微镜影像，图4所示的焊盘表面上有很多凹点缺陷(如图4中的虚线圈所圈示)，图5所示为本发明的方法制造的焊盘的光学显微镜影像，图5所示的焊盘表面上没有明显的凹点缺陷，这说明本发明制造的焊盘300’表面上的凹点缺陷相对现有方法制造的焊盘表面上的凹点缺陷大大减少，由此可以使得最终得到的产品的性能大大提高。
本发明的焊盘的制造方法可以适用于所有具有焊盘形成的工艺，包括传统的晶圆制造以及新型的三维集成电路(3D IC)的晶圆制造，例如一种集成电路的制造方法，包括以下步骤：提供一基底；采用图2所示的本发明的焊盘的制造方法在所述基底上形成焊盘；进行后续的封装工艺，包括在所述焊盘表面上镀锡或镀金、制造与所述焊盘电接触的键合引线等。上述这种集成电路的制造方法，由于采用了本发明的焊盘的制造方法，最终制得的产品的性能得到提升。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种改善焊盘表面缺陷的方法，其特征在于，在对焊盘进行湿法清洗之前，对焊盘的表面进行热处理并快速冷却。
2.如权利要求1所述的改善焊盘表面缺陷的方法，其特征在于，所述热处理所使用的设备是快速退火设备、表面处理设备或薄膜沉积设备。
3.如权利要求2所述的改善焊盘表面缺陷的方法，其特征在于，所述表面处理设备是氧气处理设备或者灰化处理设备。
4.如权利要求1所述的改善焊盘表面缺陷的方法，其特征在于，所述热处理的反应气氛为氮气氛围、氧气氛围、氮气和氧气混合氛围或真空环境，反应温度为250℃～600℃，反应时间为5s～600s。
5.如权利要求1所述的改善焊盘表面缺陷的方法，其特征在于，所述快速冷却的过程包括：以降温速率大于等于6℃/s的速度降至室温。
6.如权利要求1所述的改善焊盘表面缺陷的方法，其特征在于，一次所述热处理和一次所述快速冷却组成一次后处理，所述改善焊盘表面缺陷的方法，在对焊盘进行湿法清洗之前，进行多次所述后处理。
7.一种焊盘的制造方法，包括以下步骤：
在一基底表面上形成用于制作焊盘的膜层；
干法刻蚀所述膜层，以形成焊盘；
采用权利要求1至6中任一项所述的改善焊盘表面缺陷的方法，对所述焊盘的表面进行处理；
对所述处理后的焊盘进行湿法清洗。
8.如权利要求7所述的焊盘的制造方法，其特征在于，所述膜层的材质包括铝、银、铜和金中的一种或多种。
9.如权利要求7所述的焊盘的制造方法，其特征在于，所述膜层的材质为Al-Cu合金。
10.如权利要求7所述的焊盘的制造方法，其特征在于，所述湿法清洗的清洗剂为酸液。
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