CN102024752B

CN102024752B - 一种改进芯片切割的方法

Info

Publication number: CN102024752B
Application number: CN 200910195970
Authority: CN
Inventors: 张京晶; 王会卿
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: CN102024752A

Abstract

本发明公开了一种改进芯片切割工艺的方法，所述方法包括如下步骤：在待切割的芯片表面的钝化层上涂覆光刻胶；刻蚀晶片表面的钝化层，露出焊垫表面，剥离光刻胶；对露出的金属层进行氧化，生成金属氧化层。所述方法还包括对芯片进行电性验收测试；对芯片外观进行检查；以及进行芯片切割的步骤。根据本发明的方法改进了芯片的切割，减少了硅粉尘对焊垫的污染，特别是对表面Al层的污染，抑制了贾凡尼效应。

Description

一种改进芯片切割的方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路芯片切割方法，特别涉及一种减少AlCu焊垫污染的芯片切割方法。

背景技术

芯片(Die)的切割一直是半导体业界非常重要的工艺。半导体晶片(wafer)在历经了复杂的制造工艺后，需要将其分割成若干个电路小片，也就是芯片。如果在芯片分离的阶段无法维持高良品率或因芯片分离方法影响芯片原有的特性，亦或切割的速度过慢造成成本过高，都会对整个芯片的生产会造成相当严重的影响。

图1示出了传统芯片切割的流程。在步骤101中，在芯片表面上覆盖一层具有图案的光刻胶，对位于芯片最外表面的钝化层进行刻蚀。在步骤102中，用光刻胶组合液对光刻胶进行剥离和分解。在步骤103中，进行电性验收测试(WAT)，主要在测试线路上测试芯片的电气特性、一般元件特性变质，如栅极氧化物介电质击穿电压(BVGO)、P-N结漏电流等。在步骤104中，进行外观检查，检测芯片上的图案的符合度以及所述图案上外来物质和划痕的缺陷。在步骤105中，进行芯片切割，可以使用刀片进行切割。

在如上所述的芯片切割的过程中，切割操作会产生非常细的硅粉尘，这些硅粉尘会沉淀或飞溅到芯片上并覆盖焊垫(Pad)(通常为AlCu焊垫)或者芯片上的电极。随着集成电路的缩小，伴随而来的焊垫尺寸的减小造成对焊垫污染的敏感性增加，焊垫污染可能造成较差的焊垫抗拉强度和较差的接合强度均匀性。在目前工艺中，通常采用冷却水和洁净水冲洗来去除焊垫上的硅粉尘，但是这种冲洗效果并不好。这是由于芯片需要长时间暴露水注切割中，会使焊垫中的AlCu成分与水之间发生反应，致使AlCu焊垫表面发生侵蚀，造成空洞现象，即贾凡尼效应(Galvanic effect)，而残留的硅粉尘会加剧这种贾凡尼效应。在焊垫的表面出现空洞，且孔洞周围分布有硅粉尘。硅粉尘加剧的贾凡尼效应，如下列化学式所示，

Si+OH^-→SiO₃ ^2-+2H₂O+4e^-→H₂SiO₃orSiO₂.H₂O

H₂O的出现形成了一种高黏度胶状物，该胶状物将粘贴在焊垫的表面，难以被清洗掉。生成反应物的方程式如下：

另外SiO₃ ^2-也能够按照如下反应式与Al反应形成Al-Si-O化合物，如Al₂(SiO₃)₃：

Si+OH^-→SiO₃ ^2-+2H₂O+4e^-

Al→Al³⁺+3e

SiO₃ ^2-+Al³⁺→Al₂(SiO₃)₃

贾凡尼效应对AlCu焊垫表面带来了侵蚀效果，硅粉尘加剧了这种效应。反应生成的高黏度胶状物粘附在焊垫表面难以被冲洗掉，因此对芯片的特性造成影响，严重时会导致芯片失效。

图2A示出了硅粉尘的飞溅对焊垫侵蚀的剖面图。图2B示出了经硅粉尘飞溅侵蚀后的焊垫表面的TEM照片。如图2A所示，焊垫从外表面依次往下分别是Al层201、TaN层202和铜布线层203。通过透射电子显微镜(TEM)对受到硅粉尘侵蚀的焊垫剖面进行观察，发现硅粉尘通常只会侵蚀到Al层201，形成侵蚀的缺陷(如凹坑)204，而通常不会侵蚀到下面的TaN层202和铜布线层203。

因此，需要一种改进的芯片切割方法，以减少硅粉尘对焊垫的污染，特别是对表面Al层的污染，抑制贾凡尼效应，从而提高半导体器件的质量和产量。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了改进芯片的切割方法，以减少硅粉尘对焊垫的污染，特别是对表面Al层的污染，抑制贾凡尼效应，本发明提出了一种改进芯片切割工艺的方法，所述方法包括如下步骤：在待切割的芯片表面的钝化层上涂覆光刻胶，进行曝光显影；刻蚀晶片表面的钝化层，露出焊垫表面，剥离光刻胶；对露出的金属层进行氧化，生成金属氧化层。所述方法还包括对芯片进行电性验收测试；对芯片外观进行检查；以及进行芯片切割的步骤。

根据本发明的一个方面，所述金属层是Al，所述金属氧化层是Al₂O₃。所述金属氧化层的厚度小于80埃，优选约为8～9埃。

根据本发明的改进芯片切割方法，减少了硅粉尘对焊垫的污染，抑制了贾凡尼效应，提高了半导体器件的质量和产量。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是传统芯片切割的工艺流程图。

图2A示出了硅粉尘的飞溅对焊垫侵蚀的剖面图，图2B示出了经硅粉尘飞溅侵蚀后的焊垫表面的TEM照片。

图3是根据本发明的芯片切割的工艺流程图。

图4A与图4B是无Al₂O₃保护层的切割之后的芯片与有Al₂O₃保护层的切割之后的芯片表面照片对比。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是如何通过改进芯片切割方法来减少对焊垫的污染。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图3，示出根据本发明的芯片切割制作流程。

在晶片制作完成后，晶片的表面会覆盖一层钝化层以防止受到外界环境的污染和侵蚀。因此在执行本发明的对焊垫进行处理的方法之前，需要首先打开覆盖在焊垫表面的钝化层，以便露出焊垫的金属表面。这里可以通过刻蚀钝化层的方法打开钝化层。在步骤301中，在芯片表面上覆盖一层具有图案的光刻胶，进行曝光显影。在步骤302中，对晶片表面的钝化层进行刻蚀，露出焊垫表面的Al层，然后用光刻胶组合液对光刻胶进行剥离和分解。在步骤303中，采用纯氧对芯片表面进行处理，以对Al层进行氧化，生成一层Al₂O₃保护层。所述的表面处理工艺采用的是灰化工艺中的氧化机制对Al层进行氧化反应。工艺条件为：放电压强为500-800mtorr，放电频率为2500W，温度为235-285℃，气体流量为5000-15000sccm，放电时间为60-120s。优选地，放电压强为650mtorr，放电频率为2500W，温度为250℃，气体流量为9500sccm，放电时间为60s。纯氧处理过程之后，生成厚度约为8～9埃的Al₂O₃保护层。在步骤304中，进行电性验收测试，主要在测试线路上测试芯片的电气特性、一般元件特性变质，如栅极氧化物电介质层击穿电压、P-N结漏电流等。在步骤305中，进行外观检查，检测芯片上的图案的符合度以及所述图案上诸如外来物质和划痕的缺陷。在步骤306中，进行芯片切割，可以使用刀片进行切割。

由于通过如上所述工艺形成的Al₂O₃保护层厚度优选为8～9埃，但只要满足厚度小于80埃即可，因为这一厚度不会影响之后的引线接合(wirebonding)工艺的效果。焊垫表面的Al₂O₃保护层能够阻止Si对焊垫特别是表面Al层的侵蚀，减少了空洞的形成，从而保护了焊垫，提高了半导体器件的成品率。

图4A与4B示出了无Al₂O₃保护层的切割之后的芯片表面图与有Al₂O₃保护层的切割之后的芯片表面图的对比。如图4A所示，未经过氧处理的芯片，经过28个小时的切割，47个焊垫有19处被侵蚀。图中的圆圈标出了被侵蚀的焊垫。而经氧处理后的芯片，如图4B所示，经过28个小时的切割，47个焊垫只有3处被侵蚀。由此可见，经过本发明的氧化处理后生成的Al₂O₃层有效地保护了焊垫，从而抑制了贾凡尼效应。

另外，还对无Al₂O₃保护层的切割之后的芯片与有Al₂O₃保护层的切割之后的芯片进行了可靠性测试。经过可靠性分析检测，经过本发明的氧化处理后的芯片与未经氧化处理后的芯片的可靠性几乎没有任何区别。从而可知，根据本发明的氧化处理过程并不会对半导体器件的其他工作特性有任何的影响。

本发明所述的方法并不限于对Al层进行氧化处理形成Al₂O₃保护层。在Al以外的其他金属材料用作焊垫材料的情况下也可以适用本发明。

根据如上所述的实施例制造的焊垫表面具有氧化保护层的半导体器件可应用于多种集成电路(IC)中。根据本发明的IC例如是存储器电路，如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)、或只读存储器(ROM)等等。根据本发明的IC还可以是逻辑器件，如可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)、合并式DRAM逻辑集成电路(掩埋式DRAM)、射频(RF)器件或任意其他电路器件。

根据本发明的IC芯片可用于例如用户电子产品，如个人计算机、便携式计算机、游戏机、蜂窝式电话、个人数字助理、摄像机、数码相机等各种电子产品中。

综上所述，仅是本发明较佳的实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等同实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种改进芯片切割工艺的方法，所述方法包括如下步骤：

在待切割的芯片表面的钝化层上涂覆光刻胶，进行曝光显影；

刻蚀晶片表面的钝化层，露出焊垫表面，剥离光刻胶；

采用纯氧对露出的金属层进行氧化，生成金属氧化层，以减少硅粉尘对焊垫的污染，抑制贾凡尼效应；

对芯片进行电性验收测试；

对芯片外观进行检查；

进行芯片切割。

2.如权利要求1所述的改进芯片切割工艺的方法，所述金属层是Al，所述金属氧化层是Al₂O₃。

3.如权利要求1所述的改进芯片切割工艺的方法，其中所述金属层进行的氧化处理采用灰化工艺。

4.如权利要求3所述的改进芯片切割工艺的方法，其中所述灰化工艺的放电压强为500-800mtorr，放电频率为2500W，温度为235-285℃，气体流量为5000-15000sccm，放电时间为60-120s。

5.如权利要求4所述的改进芯片切割工艺的方法，其中所述灰化工艺的放电压强为650mtorr，放电频率为2500W，温度为250℃，气体流量为9500sccm，放电时间为60s。

6.如权利要求1所述的改进芯片切割工艺的方法，其中所述金属氧化层的厚度为8~9埃。

7.如权利要求1所述的改进芯片切割工艺的方法，其中所述金属氧化层的厚度小于80埃。

8.一种包含通过如权利要求1所述的方法制造的半导体器件的集成电路，其中所述集成电路选自动态随机存取存储器、同步随机存取存储器、静态随机存取存储器、只读存储器、可编程逻辑阵列、专用集成电路和射频电路。

9.一种包含通过如权利要求1所述的方法制造的半导体器件的电子设备，其中所述电子设备选自个人计算机、游戏机、蜂窝式电话、个人数字助理、摄像机和数码相机。