CN115565887A - 用于铜丝键合的金属压焊块厚铝工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于铜丝键合的金属压焊块厚铝工艺，旨在解决铜丝键合，芯片焊块的制造方法存在明显缺点，1um的铝层厚度太薄，铜丝焊接容易把铝层打穿，造成弹坑，导致产品的电性能及可靠性问题失效的问题。其技术方案要点是：用于铜丝键合的金属压焊块厚铝工艺,工艺的具体制备流程如下所述：步骤一～九。本发明的用于铜丝键合的金属压焊块厚铝工艺，用于铜丝键合，以克服薄铝焊块在铜丝焊接时出现的弹坑问题，同时可以适用于不具备AL湿法腐蚀设备的工艺线及小尺寸集成电路的加工。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路的生产方法，具体地说是一种用于CMOS的PAD区域厚铝工艺，可以解决芯片键合工艺中铜丝键合要求的压焊块区域厚金属的问题。
背景技术
芯片制备完成后需要进行组装，组装包括芯片的装配和器件的封装两部分。前者是将制备合格的芯片装配到底座上，使芯片与底座间形成良好的欧姆接触和散热通路，然后在电路各焊块上焊接金属引线，并与相应电极的外引线连接 (该过程称键合)；后者是采用塑料或陶瓷封装形式把管芯包封起来。经过以上加工器件才能在各种环境和工作条件下稳定可靠的工作。
从上所述，芯片如果要组装，必需在芯片上制作金属化焊块。在CMOS芯片制造技术中，芯片各焊块的制作工艺流程如图1～6所示：
(1)第1步如图1所示，在芯片的场区上溅射一层1um厚度的铝层一4(为防止电迁移含少量的硅和铜)；
(2)第2步如图2所示，用光刻形成金属刻蚀窗口，保留金属焊块和金属连线部分的光刻胶；
(3)第3步如图3所示，对金属窗口进行干法刻蚀，将金属焊块及金属连线区域的铝层保留下来,其余地方的铝层腐蚀掉；
(4)第4步如图4所示，采用PECVD淀积(等离子体化学气相淀积)形成 SiO2层6和SIN层7(这两层是钝化层，保护电路不受潮湿、盐、雾等恶劣环境的影响)；
(5)第5步如图5所示,用光刻形成钝化层刻蚀窗口；
(6)第6步如图6所示，对钝化窗口进行干法刻蚀，腐蚀掉SIN层7、SiO2 层6，使铝层一4金属焊块的部分曝露出来，为以后的键合使用。
随着芯片制造工艺水平的提高，芯片的成品率已经很高。它在总成本中所占的比重相对下降，某些产品的组装成本已超过芯片的制造成本，因而降低组装的成本成为降低总成本的关键因素。
铜丝球焊接技术是目前国际上正在进行开发研究的一种用于微电子器件芯片与内引线连接的新技术。与现行的金丝球焊接技术相比，不仅可以节约黄金降低成本，便于焊接技术过程的自动化，而且可以减缓金属化合物的生成，提高键合强度，因而在今后的微电子封装发展中铜丝焊接将会成为主流技术。
因为铜的强度和屈服度等物理参数高于金和铝，键合时需要施加更大的键合压力，对焊块铝层的厚度要求比较高，一般的铜丝键合需要铝层厚度3um以上，越粗的铜丝对铝层的厚度要求越大。
针对铜丝键合，上述芯片焊块的制造方法存在明显缺点，1um的铝层厚度太薄，铜丝焊接容易把铝层打穿，造成弹坑，导致产品的电性能及可靠性问题而失效。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出解决的方法，其技术方案是提供一种芯片厚铝焊块的加工方法用于铜丝键合，以克服薄铝焊块在铜丝焊接时出现的弹坑问题；开发一种适用于铜丝焊接的厚铝工艺加工方案，该方案可以适用于不具备AL湿法腐蚀设备的工艺线及小尺寸集成电路的加工。
本发明所提供的工艺方案见图7～15，用钝化孔腐蚀后再溅射一层铝，然后对焊块进行反刻的方法来实现金属焊块区域的厚铝工艺。
用于铜丝键合的芯片厚金属焊块制备方法，包括位于衬底硅上的场氧化层，在场氧化层上有顶层BPSG层(BPSG层是含硼、磷的二氧化硅，作为多晶和铝之间的绝缘层)，具体制备流程如下所述：
步骤一、先在顶层BPSG层区域上用金属溅射的方法形成1um厚度的铝层一(为防止电迁移含少量的硅和铜，金属溅射的温度为175度；
步骤二、在铝层上涂布常用的光刻胶一，用传统的光刻工艺使金属连线和金属焊块区域的光刻胶一保留(在下一步的金属腐蚀步骤该区域的铝层一被保护不被腐蚀掉)，而其他区域的光刻胶四去掉，形成焊块金属刻蚀窗口；
步骤三、对金属刻蚀窗口进行等离子体反应刻蚀，腐蚀掉金属连线和金属焊块区域外的铝层一，而金属连线和金属焊块区域的铝层一因有光刻胶一保护不被腐蚀而保留下来。等离子体气体的主要成分为CL2(25sccm)、BCL3(45sccm) (sccm是指在标准大气压下，每分钟流过的气体体积，体积单位为立方厘米)；
步骤四、在铝层一上面采用PECVD淀积(等离子体化学气相淀积)形成SiO2 层，再在SiO2层上用PECVD淀积形成SIN层(这两层是钝化层，保护电路不受潮湿、盐、雾等恶劣环境的影响)；
步骤五、在SIN层上涂布常用的光刻胶二，并留出一个没有涂布光刻胶二的区域，对该区域进行传统的光刻，形成钝化孔刻蚀窗口；
步骤六、对钝化刻蚀窗口进行等离子干法刻蚀，腐蚀掉SIN层、SiO2层，曝露出金属焊块铝层一，(所述等离子体气体的主要成分为CHF3(42sccm)、NF3 (20sccm))；
步骤七、在SIN层上再溅射一层2um厚度的铝层二(防止电迁移含少量的硅和铜)，金属溅射的温度为175度；
步骤八、在铝层二上涂布常用的光刻胶三，用传统的光刻工艺保留金属焊块区域的光刻胶三，而其他区域的光刻胶四去掉，形成第二次焊块金属铝层二的刻蚀窗口；
步骤九、对金属刻蚀窗口进行等离子体反应刻蚀，腐蚀掉金属焊块区域以外的铝层二，而金属焊块区域的铝层二因有光刻胶三保护不被腐蚀而保留下来。
本发明采用的铜丝球焊接成本低、刚度高、电导率更好，这些优良特性使之成为键合工艺的主流技术，金属压焊块厚铝工艺防止了常规1um的铝层一厚度键合时容易打穿，出现的弹坑问题，确保了器件的电性能和可靠性要求。
如果直接溅射一层3um的铝层，在铝腐蚀工艺时存在胶厚度不够及条宽控制不好等问题，将影响小尺寸芯片的电性能；而保持金属连线铝层厚度为传统的1um厚度不变，只在钝化层腐蚀后再溅射一层铝，对焊块区域进行反刻蚀的方法，可以使金属焊块区域铝层厚度达到3um，既满足铜丝压焊的要求，又保证了小尺寸芯片的电路特性不受影响。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明可以克服常规工艺铝层薄带来的铜丝键合弹坑问题；
2、本发明可以适用小尺寸芯片的铜丝键合技术要求；
3、本发明工艺简单，具有很强的操作性。
附图说明
图1～6为常规标准金属焊块制备流程示意图，其中：
图1是第一次金属铝层溅射示意图；
图2是第一次焊块金属铝层光刻示意图；
图3是第一次焊块金属铝层干法刻蚀示意图；
图4是钝化层SiN/SiO2淀积示意图；
图5是钝化孔光刻示意图；
图6是钝化孔干法刻蚀示意图。
图7～15为本发明的铜丝键合的金属压焊块厚铝工工艺流程示意图，其中：
图7是第一次金属铝层一溅射示意图；
图8是第一次焊块金属铝光刻示意图；
图9是第一次焊块金属铝干法刻蚀示意图；
图10是钝化层SiN/SiO2淀积示意图；
图11是钝化孔光刻示意图；
图12是钝化孔干法刻蚀示意图；
图13是第二次焊块金属铝层二溅射示意图；
图14是第二次焊块金属铝层二光刻示意图；
图15是第二次焊块金属铝层二干法刻蚀示意图。
图中：1、衬底硅；2、场氧化层；3、顶层BPSG层；4、铝层一；5、光刻胶一；6、SiO2层；7、SIN层；8、光刻胶二；9、铝层二；10、光刻胶三。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图，对本发明进行详细描述。
本发明所提供的工艺方案见图7～15，用钝化孔腐蚀后再溅射一层铝，然后对焊块进行反刻的方法来实现金属焊块区域的厚铝工艺。
用于铜丝键合的芯片厚金属焊块制备方法，包括位于衬底硅1上的场氧化层2，在场氧化层2上有顶层BPSG层3(BPSG层是含硼、磷的二氧化硅，作为多晶和铝之间的绝缘层)，具体制备流程如下所述：
步骤一、先在顶层BPSG层3区域上用金属溅射的方法形成1um厚度的铝层一4(为防止电迁移含少量的硅和铜，金属溅射的温度为175度，如图7所示；
步骤二、在铝层一4上涂布常用的光刻胶一5，用传统的光刻工艺使金属连线和金属焊块区域的光刻胶一5保留(在下一步的金属腐蚀步骤该区域的铝层被保护不被腐蚀掉)，而其他区域的光刻胶四去掉，形成焊块金属刻蚀窗口，如图8所示；
步骤三、对金属刻蚀窗口进行等离子体反应刻蚀，腐蚀掉金属连线和金属焊块区域外的铝层一4，而金属连线和金属焊块区域的铝层一4因有光刻胶一5 保护不被腐蚀而保留下来。等离子体气体的主要成分为CL2(25sccm)、BCL3 (45sccm)，如图9所示(sccm是指在标准大气压下，每分钟流过的气体体积，体积单位为立方厘米)；
步骤四、在铝层一4上面采用PECVD淀积(等离子体化学气相淀积)形成 SiO2层6，再在SiO2层6上用PECVD淀积形成SIN层7(这两层是钝化层，保护电路不受潮湿、盐、雾等恶劣环境的影响),如图10所示；
步骤五、在SIN层7上涂布常用的光刻胶二8，并留出一个没有涂布光刻胶二8的区域，对该区域进行传统的光刻，形成钝化孔刻蚀窗口，如图11所示；
步骤六、对钝化刻蚀窗口进行等离子干法刻蚀，腐蚀掉SIN层7、SiO2层6，曝露出金属焊块铝层一4，如图12所示(所述等离子体气体的主要成分为 CHF3(42sccm)、NF3(20sccm))；
步骤七、在SIN层7上再溅射一层2um厚度的铝层二9(防止电迁移含少量的硅和铜)，金属溅射的温度为175度，如图13所示；
步骤八、在铝层二9上涂布常用的光刻胶三10，用传统的光刻工艺保留金属焊块区域的光刻胶三10，而其他区域的光刻胶四去掉，形成第二次焊块金属铝层二9的刻蚀窗口，如图14所示；
步骤九、对金属刻蚀窗口进行等离子体反应刻蚀，腐蚀掉金属焊块区域以外的铝层二9，而金属焊块区域的铝层二9因有光刻胶三10保护不被腐蚀而保留下来,如图15所示。
本发明采用的铜丝球焊接成本低、刚度高、电导率更好，这些优良特性使之成为键合工艺的主流技术，金属压焊块厚铝工艺防止了常规1um的铝层一4 厚度键合时容易打穿，出现的弹坑问题，确保了器件的电性能和可靠性要求。
如果直接溅射一层3um的铝层，在铝腐蚀工艺时存在胶厚度不够及条宽控制不好等问题，将影响小尺寸芯片的电性能；而保持金属连线铝层厚度为传统的1um厚度不变，只在钝化层腐蚀后再溅射一层铝，对焊块区域进行反刻蚀的方法，可以使金属焊块区域铝层厚度达到3um，既满足铜丝压焊的要求，又保证了小尺寸芯片的电路特性不受影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.用于铜丝键合的金属压焊块厚铝工艺，其特征在于：包括位于衬底硅(1)上的场氧化层(2)，在场氧化层(2)上有顶层BPSG层(3)，所述工艺的具体制备流程如下所述：
步骤一、先在顶层BPSG层(3)区域上用金属溅射的方法形成1um厚度的铝层一(4)防止电迁移含少量的硅和铜，金属溅射的温度为175度；
步骤二、在铝层一(4)上涂布常用的光刻胶一(5)，用传统的光刻工艺使金属连线和金属焊块区域的光刻胶一(5)保留，而其他区域的光刻胶四去掉，形成焊块金属刻蚀窗口；
步骤三、对金属刻蚀窗口进行等离子体反应刻蚀，腐蚀掉金属连线和金属焊块区域外的铝层一(4)，而金属连线和金属焊块区域的铝层一(4)因有光刻胶一(5)保护不被腐蚀而保留下来。等离子体气体的主要成分为CL2(25sccm)、BCL3(45sccm)；
步骤四、在铝层一(4)上面采用PECVD淀积形成SiO2层(6)，再在SiO2层(6)上用PECVD淀积形成SIN层(7)；
步骤五、在SIN层(7)上涂布常用的光刻胶二(8)，并留出一个没有涂布光刻胶二(8)的区域，对该区域进行传统的光刻，形成钝化孔刻蚀窗口；
步骤六、对钝化刻蚀窗口进行等离子干法刻蚀，腐蚀掉SIN层(7)、SiO2层(6)，曝露出金属焊块铝层一(4)；
步骤七、在SIN层(7)上再溅射一层2um厚度的铝层二(9)，金属溅射的温度为175度；
步骤八、在铝层二(9)上涂布常用的光刻胶三(10)，用传统的光刻工艺保留金属焊块区域的光刻胶三(10)，而其他区域的光刻胶四去掉，形成第二次焊块金属铝层二(9)的刻蚀窗口；
步骤九、对金属刻蚀窗口进行等离子体反应刻蚀，腐蚀掉金属焊块区域以外的铝层二(9)，而金属焊块区域的铝层二(9)因有光刻胶三(10)保护不被腐蚀而保留下来。
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| CN113270324A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-17 | 深圳中宝新材科技有限公司 | 一种用于键合铜丝的金属压焊块厚铝工艺 |
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2022
- 2022-08-12 CN CN202210975177.8A patent/CN115565887A/zh active Pending
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