技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
半导体集成
电路制造方法，特别是涉及一种改善铝焊盘结晶缺陷的方法。
背景技术
[0002] 在现代半导体工艺中，随着集成电路集成度的增加和尺寸的不断减小，微
电子封装的
精度要求越来越高，键合
质量及可靠性控制与提升的难度加大。集成电路的芯片焊盘(pad)通常采用铝焊盘(Al Pad)，铝焊盘上的结晶(Crystal)通常简称为PDCY即Pad Crystal，对于铝焊盘来说，PDCY是一种缺陷(defect)即结晶缺陷，结晶缺陷是在半导体制造工艺中产生的会引起键合失效的主要问题之一，目前国际上尚无很好的解决办法。因此，研究解决焊盘的crystal defect这一工艺缺陷问题，对于提高半导体的键合，封装质量与可靠性具有很高的理论和应用价值。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种改善铝焊盘结晶缺陷的方法，能减少或消除铝焊盘上的结晶缺陷，从能提高半导体键合质量，提高封装质量与可靠性。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供的改善铝焊盘结晶缺陷的方法包括如下步骤：
[0006] 步骤二、在形成有所述铝焊盘的所述晶圆表面形成由氮化
硅层组成的芯片保护层。
[0007] 步骤三、
光刻打开所述铝焊盘的形成区域，采用
刻蚀气体包括含氟气体的
干法刻蚀工艺将所述铝焊盘顶部的所述芯片保护层去除；所述干法刻蚀工艺中氟会残留在所述铝焊盘的表面区域中。
[0008] 步骤四、对进行了所述干法刻蚀工艺后的所述晶圆进行湿法清洗。
[0009] 步骤五、计算经过步骤四之后所述铝焊盘中残留有氟元素的表面区域的厚度，采用
离子轰击的方法将所述铝焊盘的残留有氟元素的表面区域的铝都去除，以改善所述铝焊盘的结晶缺陷。
[0010] 进一步的改进是，步骤五的所述离子轰击采用的离子源包括惰性气体离子。
[0011] 进一步的改进是，步骤五的所述离子轰击的离子源为Ar离子。
[0012] 进一步的改进是，步骤四中所述湿法清洗的清洗药液采用NE111。
[0013] 进一步的改进是，步骤四中通过减少所述湿法清洗时间减少所述铝焊盘上的
水汽，以改善所述铝焊盘的结晶缺陷。
[0014] 进一步的改进是，步骤三中的所述干法刻蚀工艺中还包括过刻蚀工艺，所述过刻蚀工艺在所述铝焊盘表面露出后对所述铝焊盘表面继续进行刻蚀。
[0015] 进一步的改进是，步骤一中，形成所述铝焊盘之前，所述晶圆上已经形成有顶层
铜层，形成所述铝焊盘的分步骤包括：
[0017] 步骤12、采用光刻加刻蚀工艺在所述顶层氧化硅薄膜中刻蚀形成再分配通孔沟槽。
[0018] 步骤13、沉积顶层铝，所述顶层铝将所述再分配通孔沟槽完全填充并延伸到所述再分配通孔沟槽外部。
[0019] 步骤14、进行铝刻蚀，将所述铝刻蚀后保留于所述再分配通孔沟槽中的所述顶层铝组成顶层铝线和所述铝焊盘。
[0020] 进一步的改进是，所述晶圆的表面以下的内部区域中形成有半导体器件，在所述晶圆的表面到所述顶层铜层之间还形成有一层以上的铜层，包括所述顶层铜层在内的各铜层之间隔离有层间膜，相邻的所述铜层之间通过通孔连接，底层铜层和所述半导体器件的掺杂区域之间通过
接触孔连接。
[0021] 进一步的改进是，各所述铜层采用大
马士革工艺形成。
[0022] 进一步的改进是，所述层间膜为氧化膜。
[0023] 进一步的改进是，步骤13中，沉积所述顶层铝之前还包括淀积金属阻挡层或粘附层的步骤。
[0024] 进一步的改进是，步骤11中在生长所述顶层氧化硅薄膜之前还包括形成第二氮化硅层的步骤。
[0025] 进一步的改进是，步骤11中在生长所述顶层氧化硅薄膜之前还包括形成第二氮化硅层的步骤。
[0026] 进一步的改进是，所述晶圆为硅衬底晶圆。
[0027] 进一步的改进是，步骤五中，通过
俄歇电子能谱分析的方法计算经过步骤四之后所述铝焊盘中残留有氟元素的表面区域的厚度。
[0028] 进一步的改进是，经过步骤四之后所述铝焊盘中残留有氟元素的表面区域的厚度为数十
[0029] 本发明能防止氟和环境中的水汽对铝产生电化学作业而形成结晶，从而能改善铝焊盘的结晶缺陷，能减少或消除铝焊盘上的结晶缺陷，从能提高半导体键合质量，提高封装质量与可靠性，具体原理为：
[0030] 本发明的技术方案是根据减少或消除铝焊盘上的结晶缺陷这一技术问题出现进行设计的，本发明技术方案是在
现有技术中采用干法刻蚀工艺刻蚀掉铝焊盘顶部的芯片保护层以及进行湿法清洗之后，计算经过铝焊盘中残留有氟元素的表面区域的厚度，之后，采用离子轰击的方法将铝焊盘的残留有氟元素的表面区域的铝都去除，由于将铝焊盘中由于干法刻蚀工艺而残留的氟元素都去除，从而能从根本上破坏PDCY产生所必须的电化学反应模型，彻底解决FAB长期存在的PDCY问题，带来无法比拟的经济效益。
附图说明
[0031] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
[0032] 图1A-图1B是现有方法中产生铝焊盘结晶缺陷对应的电化学反应模型各步骤中的器件结构示意图；
[0033] 图2是现有方法中铝焊盘结晶缺陷产生的键合失效
位置处的照片；
[0034] 图3是现有方法铝焊盘的表面区域的氟元素分布曲线；
[0035] 图4是本发明
实施例改善铝焊盘结晶缺陷的方法的
流程图；
[0036] 图5是本发明实施例方法中对应的器件结构示意图。
具体实施方式
[0037] 现有方法：
[0038] 本发明实施例改善铝焊盘结晶缺陷的方法是在对现有方法所存在的技术问题做深入分析而得到，故在介绍本发明实施例方法之前，先介绍一下现有方法中存在PDCY的原因以及对应的改进方法。
[0039] 如图1A至图1B所示，是现有方法中产生铝焊盘结晶缺陷对应的电化学反应模型各步骤中的器件结构示意图；铝焊盘106的
制造过程中三个重要环节分别是再分配通孔(Redistribution Via，RV)沟槽,铝焊盘层(Alumina Pad Layer，APL)和芯片保护层(Cover，CV)。第一步，在完成了铜大马士革内互连工艺即完成了顶层铜层101的晶圆上生长顶层氧化硅薄膜104并刻蚀RV沟槽。第二步，通过
物理气相沉积工艺淀积金属阻挡层或胶水层即粘附层105及顶层铝薄膜，并通过铝刻蚀形成保留RV沟槽中的铝线和焊盘即APL。第三步，先通过等离子增强
化学气相沉积工艺淀积氮化硅阻挡层薄膜作为芯片保护层108，之后通过焊盘开窗刻蚀清洗后，形成铝焊盘106裸露在空气中，随着时间的推移，铝焊盘106表面的F元素与外界水汽结合，造成结晶缺陷109。
[0040] 图1A中还包括了最顶层层间膜102，顶层铜层101和最顶层层间膜102的底部和晶圆表面之间还包括多层铜层和层间膜。晶圆中形成有半导体器件。
[0041] 目前公认的一个结晶缺陷的形成机理是电化学反应模型，该模型第一步为电化学反应，铝焊盘106表面的氧化铝膜与金属铝膜所组成的系统在氟离子与水汽的共同作用下生成氢氧化铝，如图1A中用F表示氟离子，H2O表示水汽；第二步为酸
碱中和反应，表面的氢氧化铝在
氢氟酸的作用下生成含铝氟氧的结晶化合物AlOxFy，这种物质就是结晶缺陷109。
[0042] 在半导体制造过程中，
钝化层即芯片保护层108的刻蚀需要使用到含F气体，难免会引入F元素，再加上外界环境的
波动，很容易产生PDCY，这也是半导体业界无法避免的工艺缺陷，目前国际上尚无很好的解决办法。
[0043] 通过对电化学反应模型进行分析可知，形成结晶缺陷109包括两个因素，分别：含F元素；外界水汽。
[0044] 在改善的初级阶段，主要通过减少元素残留与水汽，从而达到改善结晶缺陷109的目的。进行实验后，从实验结果来看，单独的调试干法刻蚀与湿法清洗工艺，起到的效果微乎其微，随着外界环节的波动，这种结晶缺陷还是很容易发生。
[0045] 如图3所示，是现有方法铝焊盘的表面区域的氟元素分布曲线；曲线202对应于未对现有方法做任何改进时对应的铝焊盘的表面区域的氟元素分布曲线，曲线203是对干法刻蚀工艺进行了改进且是增强了干法刻蚀工艺中的过刻蚀(OE)工艺，比较曲线203和202可知，过刻蚀工艺能增强去除Al表面的F能
力，即减少了含F元素,F元素的分布范围如箭头线204所示。曲线203中F元素虽然得到减少，但是这种方法仅能扩大PDCY窗口至三周以上，即在三周左右的时间范围内不会产生PDCY，但是随着环境波动，PDCY依旧会产生，无法从根本上解决问题。
[0046] 同样，通过减少湿法清洗时间并增加钝化时间能减少水汽，增强表面钝化，但是PDCY窗口也只能扩大至三周以上，即但是随着环境波动，PDCY依旧会产生，也无法从根本上解决问题。
[0047] 本发明实施例改善铝焊盘结晶缺陷的方法：
[0048] 如图4所示，是本发明实施例改善铝焊盘结晶缺陷的方法的流程图；如图5所示，是本发明实施例方法中对应的器件结构示意图；本发明实施例改善铝焊盘结晶缺陷的方法包括如下步骤：
[0049] 步骤一、在晶圆上形成铝焊盘106。
[0050] 形成所述铝焊盘106之前，所述晶圆上已经形成有顶层铜层101。
[0051] 所述晶圆为硅衬底晶圆。
[0052] 所述晶圆的表面以下的内部区域中形成有半导体器件，在所述晶圆的表面到所述顶层铜层101之间还形成有一层以上的铜层，包括所述顶层铜层101在内的各铜层之间隔离有层间膜，相邻的所述铜层之间通过通孔连接，底层铜层和所述半导体器件的掺杂区域之间通过接触孔连接。
[0053] 各所述铜层采用大马士革工艺形成。
[0054] 所述层间膜为氧化膜。图5中标记102对应于最顶层层间膜，最顶层层间膜102采用
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺生长，故在图5中采用PEOX表示所述最顶层层间膜102是采用PECVD工艺生长形成。
[0055] 形成所述铝焊盘106的分步骤包括：
[0056] 步骤11、生长顶层氧化硅薄膜104。所述顶层氧化硅薄膜104通常PECVD工艺生长，故在图5中也采用PEOX表示所述顶层氧化硅薄膜104是采用PECVD工艺生长形成。
[0057] 通常，步骤11中在生长所述顶层氧化硅薄膜104之前还包括形成第二氮化硅层103的步骤。图5中，采用SiN表示第二氮化硅层103的材料。
[0058] 步骤12、采用光刻加刻蚀工艺在所述顶层氧化硅薄膜104中刻蚀形成再分配通孔沟槽。
[0059] 步骤13、沉积顶层铝，所述顶层铝将所述再分配通孔沟槽完全填充并延伸到所述再分配通孔沟槽外部。
[0060] 通常，沉积所述顶层铝之前还包括淀积金属阻挡层或粘附层105的步骤。
[0061] 步骤14、进行铝刻蚀，将所述铝刻蚀后保留于所述再分配通孔沟槽中的所述顶层铝组成顶层铝线和所述铝焊盘106。
[0062] 步骤二、在形成有所述铝焊盘106的所述晶圆表面形成由氮化硅层组成的芯片保护层108。
[0063] 在形成所述芯片保护层108之前，还包括形成一层第
二氧化硅层107的步骤，所述芯片保护层108形成在所述第二氧化硅层107的表面上。
[0064] 步骤三、光刻打开所述铝焊盘106的形成区域，采用刻蚀气体包括含氟气体的干法刻蚀工艺将所述铝焊盘106顶部的所述芯片保护层108去除；所述干法刻蚀工艺中氟会残留在所述铝焊盘106的表面区域中。
[0065] 步骤三中的所述干法刻蚀工艺中还包括过刻蚀工艺，所述过刻蚀工艺在所述铝焊盘106表面露出后对所述铝焊盘106表面继续进行刻蚀。所述过刻蚀工艺能去除所述铝焊盘106表面的部分氟元素。
[0066] 步骤四、对进行了所述干法刻蚀工艺后的所述晶圆进行湿法清洗。
[0067] 所述湿法清洗的清洗药液采用NE111。
[0068] 步骤四中通过减少所述湿法清洗时间减少所述铝焊盘106上的水汽，以改善所述铝焊盘106的结晶缺陷。
[0069] 步骤五、计算经过步骤四之后所述铝焊盘106中残留有氟元素的表面区域301的厚度，采用如标记302所示的离子轰击的方法将所述铝焊盘106的残留有氟元素的表面区域301的铝都去除，以改善所述铝焊盘106的结晶缺陷。
[0070] 所述离子轰击采用的离子源包括惰性气体离子。较佳为，所述离子轰击的离子源为Ar离子。
[0071] 步骤五中，通过俄歇电子能谱分析的方法计算经过步骤四之后所述铝焊盘106中残留有氟元素的表面区域301的厚度。
[0072] 经过步骤四之后所述铝焊盘106中残留有氟元素的表面区域301的厚度为数十 。
[0073] 步骤五之后还包括进行氧
退火处理的步骤。
[0074] 本发明实施例的技术方案是根据减少或消除铝焊盘106上的结晶缺陷这一技术问题出现进行设计的，本发明实施例技术方案是在现有技术中采用干法刻蚀工艺刻蚀掉铝焊盘106顶部的芯片保护层108以及进行湿法清洗之后，计算经过铝焊盘106中残留有氟元素的表面区域301的厚度，之后，采用离子轰击的方法将铝焊盘106的残留有氟元素的表面区域301的铝都去除，由于将铝焊盘106中由于干法刻蚀工艺而残留的氟元素都去除，故能防止氟和环境中的水汽对铝产生电化学作业而形成结晶，从而能改善铝焊盘106的结晶缺陷，能减少或消除铝焊盘106上的结晶缺陷，从能提高半导体键合质量，提高封装质量与可靠性。
[0075] 以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多
变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
