CN105448645A

CN105448645A - 焊垫的处理方法

Info

Publication number: CN105448645A
Application number: CN201410321003.5A
Authority: CN
Inventors: 陈彧; 阎实
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-03-30

Abstract

本发明揭示了一种焊垫的处理方法。包括提供前端结构，所述前端结构包括有经初步处理的焊垫；对所述焊垫进行疏水处理；对所述焊垫进行退火处理；对所述焊垫完成清洁处理。在本发明中，利用疏水处理降低了焊垫与水分的接触能力，同时通过退火处理降低了氟离子的含量，有效的减少了能够对焊垫具有侵蚀性的物质与焊垫的接触，使得焊垫的质量得到保证，有利于提高键合工艺的质量。

Description

焊垫的处理方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种焊垫的处理方法。

背景技术

在半导体制程过程中，晶圆的键合(waferbonding)是一道极为重要的工序。这一技术可以将不同材料的晶圆结合在一起。常用的键合技术有硅-硅键合、硅-玻璃键合、金属扩散键合、聚合物粘结键合等。该技术已经能够应用于多个半导体技术领域中，例如3D-TSV、HB-LED、SOI、MEMS等，并且已被认为是半导体行业发展的重要技术之一。

根据不同的应用领域，晶圆的键合的工艺参数会有着差异，但是其基本原理相似，即通过键合点(即焊垫)通过在真空环境施加压力等手段来达成不同晶圆的结合。晶圆的键合要求精密严格，因此经常出现键合失败现象，例如键合设备的物理冲击、对准不精确、晶圆间的接触不佳等原因皆可以造成键合的失败。而晶圆键合的失败将严重影响着芯片的可靠性，制约着产品的良率。经发明人研究发现，焊垫(pad)表面异常，导致表面状态较差，使得晶圆间的接触不佳，这是导致键合失败的一个重要因素。如何改善这一状况，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种焊垫的处理方法，改善现有技术中键合质量差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种焊垫的处理方法，包括：

提供前端结构，所述前端结构包括有经初步处理的焊垫；

对所述焊垫进行疏水处理；

对所述焊垫进行退火处理；以及

对所述焊垫完成清洁处理。

可选的，对于所述的焊垫的处理方法，所述疏水处理为在所述焊垫上涂敷一层疏水物质。

可选的，对于所述的焊垫的处理方法，所述疏水物质含有甲基。

可选的，对于所述的焊垫的处理方法，所述疏水物质为HMDS。

可选的，对于所述的焊垫的处理方法，在160℃～200℃、充满气态HMDS的环境下，将所述焊垫置于该环境中进行疏水处理。

可选的，对于所述的焊垫的处理方法，所述焊垫置于气态HMDS的环境中持续100秒～180秒。

可选的，对于所述的焊垫的处理方法，所述退火处理在氮气氛围下进行，退火的温度范围是180℃～200℃，持续2～2.5小时。

可选的，对于所述的焊垫的处理方法，所述初步处理为在一顶层金属上形成钝化层，并刻蚀所述钝化层形成开口，所述开口暴露出部分所述顶层金属，以暴露出的所述顶层金属作为焊垫。

可选的，对于所述的焊垫的处理方法，所述对所述焊垫完成清洁处理包括：

对所述焊垫进行灰化处理；

对所述焊垫进行湿法清洗；以及

对所述焊垫进行合金工艺。

与现有技术相比，本发明提供的焊垫的处理方法中，包括对所述焊垫进行疏水处理，并对所述焊垫进行退火处理。利用疏水处理降低了焊垫与水分的接触能力，同时通过退火处理降低了氟离子的含量，进而有效的减少了能够对焊垫具有侵蚀性的物质与焊垫的接触，使得焊垫的质量得到保证，有利于提高键合工艺的质量。

附图说明

图1为本发明实施例中焊垫的处理方法的流程图；

图2a为现有技术中的焊垫与水分接触时的示意图；

图2b为本发明实施例中的焊垫经处理后与水分接触时的示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的焊垫的处理方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关***或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

发明人经过长期的研究发现，导致焊垫缺陷的主要原因在于制作工艺的不完善，目前的焊垫的制作过程包括在顶层金属上覆盖一层钝化层，之后对该钝化层进行开口，暴露出所需的部分顶层金属，并进一步采用湿法清洗工艺将焊垫进行清洗。较佳的，所述顶层金属选择为金属铝，采用干法刻蚀工艺对钝化层进行开口，具体是采用包括等离子态的CF₄、CHF₃、SF₆等物质，这些物质中的氟离子会对金属铝的表面进行侵蚀，并且在后续进行的湿法清洗过程中的水分会恶化这一状况。具体有着如下反应发生：

Al+3F^-→AlF₃+3e^-

Al+6F^-→[AlF₆]^3-+3e^-

4Al+3O₂+6H₂O→4Al³⁺+12OH^-→4Al(OH)₃

[AlF_x]^(x-3)-+Al₂O₃→Al_xO_yF_z，其中x、y、z为正整数。

由于这些反应的发生及产物的形成，才会导致焊垫质量变差，影响键合。因此，发明人针对这一发现，对现有工艺进行了完善，对焊垫进行了疏水处理，并进行退火，如此能够有效地减少水分和氟离子与金属铝的接触，从而能够获得高质量的焊垫。

以下列举所述焊垫的处理方法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

下面提供焊垫的处理方法的较优实施例，请参考图1，图1为本发明实施例中焊垫的处理方法的流程图。

首先，进行步骤S101，提供前端结构，所述前端结构包括有经初步处理的焊垫。具体的，提供一基底，所述基底包括半导体衬底及形成于所述衬底上的金属层等必要的层，所述基底顶层为一顶层金属，所述顶层金属的材质较佳选择为金属铝，其厚度可以为。之后在顶层金属上覆盖一钝化层，所述钝化层可以为氧化硅层、氮化硅层等单层的钝化层，也可以是由氧化硅层和氮氧化硅层构成的叠层钝化层。其中，叠层钝化层比单层钝化层具有更好的热力学和机械性能，在封装过程中，能够吸收和抵消作用在焊垫上的机械应力和热应力，确保封装时产生的各种应力不会对焊垫造成机械损伤。当然，本发明并不仅限于此，本领域的技术人员可以根据实际需要灵活选择钝化层的材料。较佳的，所述钝化层可以采用化学气相沉积工艺形成，这一过程已经成熟，在此不做赘述。然后利用干法刻蚀工艺对所述钝化层进行开口，暴露出部分顶层金属，暴露出的这部分顶层金属作为焊垫，同样的，此刻蚀技术为本领域技术人员所熟知，在此不再详述。

接着，进行步骤S102，对所述焊垫进行疏水处理。具体的，所述疏水处理为在所述焊垫上涂敷一层疏水物质。在本发明的优选实施例中，所述疏水物质为HMDS(六甲基二硅氧烷，Hexamethyldisiloxane)，HMDS中的甲基基团使得HMDS具有了疏水性，因此，在疏水物质的选择中，并不限于仅是HMDS，其他含有甲基的有机物也可作为选择，但是考虑到并非任何含有甲基的有机物都可以用作疏水处理，因此业内人士在进行其他选择时应当引起注意。较佳的，利用HMDS对焊垫进行疏水处理为，在160℃～200℃的温度范围、充满气态HMDS的环境下，将所述焊垫置于该环境中，持续100秒～180秒。优选的，可以在170℃～180℃的情况下进行处理，反应时间在120秒～140秒之间，从而确保在焊垫表面会形成一层疏水薄膜。

请参考图2a和图2b，图2a示出了现有技术的焊垫与水分的接触示意图，图2b示出了本发明实施例经过疏水处理后焊垫与水分的接触示意图。由图2a和图2b可知，现有技术中，由于焊垫1的亲水性很强，水分2能够基本铺盖在焊垫1上，而这在经过干法刻蚀后，大大促进了氟离子对焊垫的侵蚀。而经本发明的处理后，焊垫1的亲水性被大大削弱，水分2与焊垫1的接触面积大大减少，这就有效的削弱了对焊垫2的侵蚀。

之后，进行步骤S103，对所述焊垫进行退火处理。尽管经过疏水处理，降低了水分与焊垫的有效接触面积，但是氟离子的存在依然会对焊垫产生影响。因此，在本发明的优选实施例中，对所述焊垫进行退火，较佳的，将所述焊垫置于氮气氛围下进行退火，优选的，退火的温度范围可以是180℃～200℃，持续时间为2～2.5小时。如此既能够减少氟离子的含量，也会使得水分蒸发，从而进一步的将焊垫可能受到侵蚀的降到最低，这就保证了焊垫表面的平整和纯净，有利于高质量的完成晶圆的键合，提高了产品的良率。

接着，进行步骤S104，对所述焊垫完成清洁处理。在本发明的优选实施例中，先对所述焊垫进行灰化处理，较佳的，采用干法刻蚀工艺，例如同样可以是采用包括等离子态的CF₄、CHF₃、SF₆等物质进行刻蚀，与对钝化层进行开口的工艺基本相同，但是反应时间以及反应物的用量可以根据需要适当改变。接着进行湿法清洗，例如采用氢氟酸溶液等，将在钝化层开口时的产物等消除并清除。再进行合金工艺，通过合金工艺，能够有效的改善焊垫的表面态，最终获得高质量的焊垫。

显然，本领域的技术人员可以对本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

1.一种焊垫的处理方法，包括：

提供前端结构，所述前端结构包括有经初步处理的焊垫；

对所述焊垫进行疏水处理；

对所述焊垫进行退火处理；以及

对所述焊垫完成清洁处理。

2.如权利要求1所述的焊垫的处理方法，其特征在于，所述疏水处理为在所述焊垫上涂敷一层疏水物质。

3.如权利要求2所述的焊垫的处理方法，其特征在于，所述疏水物质含有甲基。

4.如权利要求3所述的焊垫的处理方法，其特征在于，所述疏水物质为HMDS。

5.如权利要求4所述的焊垫的处理方法，其特征在于，在160℃～200℃、充满气态HMDS的环境下，将所述焊垫置于该环境中进行疏水处理。

6.如权利要求5所述的焊垫的处理方法，其特征在于，所述焊垫置于气态HMDS的环境中持续100秒～180秒。

7.如权利要求1所述的焊垫的处理方法的形成方法，其特征在于，所述退火处理在氮气氛围下进行，退火的温度范围是180℃～200℃，持续2～2.5小时。

8.如权利要求1所述的焊垫的处理方法的形成方法，其特征在于，所述初步处理为在一顶层金属上形成钝化层，并刻蚀所述钝化层形成开口，所述开口暴露出部分所述顶层金属，以暴露出的所述顶层金属作为焊垫。

9.如权利要求1所述的焊垫的处理方法的形成方法，其特征在于，所述对所述焊垫完成清洁处理包括：

对所述焊垫进行灰化处理；

对所述焊垫进行湿法清洗；以及

对所述焊垫进行合金工艺。