專利名稱：一種改進(jìn)芯片切割的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路芯片切割方法，特別涉及一種減少AlCu焊墊污染的芯 片切割方法。
背景技術(shù)：
芯片(Die)的切割一直是半導(dǎo)體業(yè)界非常重要的工藝。半導(dǎo)體晶片(wafer)在歷 經(jīng)了復(fù)雜的制造工藝后，需要將其分割成若干個電路小片，也就是芯片。如果在芯片分 離的階段無法維持高良品率或因芯片分離方法影響芯片原有的特性，亦或切割的速度過 慢造成成本過高，都會對整個芯片的生產(chǎn)會造成相當(dāng)嚴(yán)重的影響。
圖1示出了傳統(tǒng)芯片切割的流程。在步驟101中，在芯片表面上覆蓋一層具有圖 案的光刻膠，對位于芯片最外表面的鈍化層進(jìn)行刻蝕。在步驟102中，用光刻膠組合液 對光刻膠進(jìn)行剝離和分解。在步驟103中，進(jìn)行電性驗收測試(WAT)，主要在測試線路 上測試芯片的電氣特性、一般元件特性變質(zhì)，如柵極氧化物介電質(zhì)擊穿電壓(BVGO)、 P-N結(jié)漏電流等。在步驟104中，進(jìn)行外觀檢查，檢測芯片上的圖案的符合度以及所述圖 案上外來物質(zhì)和劃痕的缺陷。在步驟105中，進(jìn)行芯片切割，可以使用刀片進(jìn)行切割。
在如上所述的芯片切割的過程中，切割操作會產(chǎn)生非常細(xì)的硅粉塵，這些硅粉 塵會沉淀或飛濺到芯片上并覆蓋焊墊(Pad)(通常為AlCu焊墊)或者芯片上的電極。隨 著集成電路的縮小，伴隨而來的焊墊尺寸的減小造成對焊墊污染的敏感性增加，焊墊污 染可能造成較差的焊墊抗拉強(qiáng)度和較差的接合強(qiáng)度均勻性。在目前工藝中，通常采用冷 卻水和潔凈水沖洗來去除焊墊上的硅粉塵，但是這種沖洗效果并不好。這是由于芯片需 要長時間暴露水注切割中，會使焊墊中的AlCu成分與水之間發(fā)生反應(yīng)，致使AlCu焊墊 表面發(fā)生侵蝕，造成空洞現(xiàn)象，即賈凡尼效應(yīng)(Galvanic effect)，而殘留的硅粉塵會加劇 這種賈凡尼效應(yīng)。在焊墊的表面出現(xiàn)空洞，且孔洞周圍分布有硅粉塵。硅粉塵加劇的賈 凡尼效應(yīng)，如下列化學(xué)式所示，
Si+Off — Si0:+2H20+4e- — H2SiO3Or SiO2-H2O
H2O的出現(xiàn)形成了一種高黏度膠狀物，該膠狀物將粘貼在焊墊的表面，難以被 清洗掉。生成反應(yīng)物的方程式如下
(nSi02.nH20) +IcH2O^ [nSi02.(n+k)H20]
另外SiO廣也能夠按照如下反應(yīng)式與Al反應(yīng)形成Al-Si-O化合物，如 Al2(SiO3)3 =
Si+Off — SiO 廣+2H20+4e-
Al —Al3++3e
SiO32+Al3+ — Al2 (SiO3) 3
賈凡尼效應(yīng)對AlCu焊墊表面帶來了侵蝕效果，硅粉塵加劇了這種效應(yīng)。反應(yīng)生 成的高黏度膠狀物粘附在焊墊表面難以被沖洗掉，因此對芯片的特性造成影響，嚴(yán)重時會導(dǎo)致芯片失效。
圖2A示出了硅粉塵的飛濺對焊墊侵蝕的剖面圖。圖2B示出了經(jīng)硅粉塵飛濺侵 蝕后的焊墊表面的TEM照片。如圖2A所示，焊墊從外表面依次往下分別是Al層201、 TaN層202和銅布線層203。通過透射電子顯微鏡(TEM)對受到硅粉塵侵蝕的焊墊剖面 進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)硅粉塵通常只會侵蝕到Al層201，形成侵蝕的缺陷(如凹坑)204，而通 常不會侵蝕到下面的TaN層202和銅布線層203。
因此，需要一種改進(jìn)的芯片切割方法，以減少硅粉塵對焊墊的污染，特別是對 表面Al層的污染，抑制賈凡尼效應(yīng)，從而提高半導(dǎo)體器件的質(zhì)量和產(chǎn)量。發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中 進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù) 方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
為了改進(jìn)芯片的切割方法，以減少硅粉塵對焊墊的污染，特別是對表面Al層的 污染，抑制賈凡尼效應(yīng)，本發(fā)明提出了一種改進(jìn)芯片切割工藝的方法，所述方法包括如 下步驟在待切割的芯片表面的鈍化層上涂覆光刻膠，進(jìn)行曝光顯影；刻蝕晶片表面的 鈍化層，露出焊墊表面，剝離光刻膠；對露出的金屬層進(jìn)行氧化，生成金屬氧化層。所 述方法還包括對芯片進(jìn)行電性驗收測試；對芯片外觀進(jìn)行檢查；以及進(jìn)行芯片切割的步 馬聚ο
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述金屬層是Al，所述金屬氧化層是A1203。所述金 屬氧化層的厚度小于80埃，優(yōu)選約為8 9埃。
根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)芯片切割方法，減少了硅粉塵對焊墊的污染，抑制了賈凡尼 效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體器件的質(zhì)量和產(chǎn)量。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本 發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
圖1是傳統(tǒng)芯片切割的工藝流程圖。
圖2A示出了硅粉塵的飛濺對焊墊侵蝕的剖面圖，圖2B示出了經(jīng)硅粉塵飛濺侵 蝕后的焊墊表面的TEM照片。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的芯片切割的工藝流程圖。
圖4A與圖4B是無Al2O3保護(hù)層的切割之后的芯片與有Al2O3保護(hù)層的切割之后 的芯片表面照片對比。
具體實施方式
在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。 然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而 得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便說明本發(fā)明是 如何通過改進(jìn)芯片切割方法來減少對焊墊的污染。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo) 體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細(xì)描述如下，然而除了這 些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
參照圖3，示出根據(jù)本發(fā)明的芯片切割制作流程。
在晶片制作完成后，晶片的表面會覆蓋一層鈍化層以防止受到外界環(huán)境的污染 和侵蝕。因此在執(zhí)行本發(fā)明的對焊墊進(jìn)行處理的方法之前，需要首先打開覆蓋在焊墊表 面的鈍化層，以便露出焊墊的金屬表面。這里可以通過刻蝕鈍化層的方法打開鈍化層。 在步驟301中，在芯片表面上覆蓋一層具有圖案的光刻膠，進(jìn)行曝光顯影。在步驟302 中，對晶片表面的鈍化層進(jìn)行刻蝕，露出焊墊表面的Al層，然后用光刻膠組合液對光刻 膠進(jìn)行剝離和分解。在步驟303中，采用純氧對芯片表面進(jìn)行處理，以對Al層進(jìn)行氧 化，生成一層Al2O3保護(hù)層。所述的表面處理工藝采用的是灰化工藝中的氧化機(jī)制對Al 層進(jìn)行氧化反應(yīng)。工藝條件為放電壓強(qiáng)為500-800mtorr，放電頻率為2500W，溫度為 235-285°C,氣體流量為5000-15000sccm，放電時間為60_120s。優(yōu)選地，放電壓強(qiáng)為 650mtorr,放電頻率為2500W，溫度為250°C，氣體流量為9500sccm，放電時間為60s。 純氧處理過程之后，生成厚度約為8 9埃的Al2O3保護(hù)層。在步驟304中，進(jìn)行電性驗 收測試，主要在測試線路上測試芯片的電氣特性、一般元件特性變質(zhì)，如柵極氧化物電 介質(zhì)層擊穿電壓、P-N結(jié)漏電流等。在步驟305中，進(jìn)行外觀檢查，檢測芯片上的圖案 的符合度以及所述圖案上諸如外來物質(zhì)和劃痕的缺陷。在步驟306中，進(jìn)行芯片切割， 可以使用刀片進(jìn)行切割。
由于通過如上所述工藝形成的Al2O3保護(hù)層厚度優(yōu)選為8 9埃，但只要滿足厚 度小于80埃即可，因為這一厚度不會影響之后的引線接合(wirebonding)工藝的效果。 焊墊表面的Al2O3保護(hù)層能夠阻止&對焊墊特別是表面Al層的侵蝕，減少了空洞的形 成，從而保護(hù)了焊墊，提高了半導(dǎo)體器件的成品率。
圖4A與4B示出了無Al2O3保護(hù)層的切割之后的芯片表面圖與有Al2O3保護(hù)層的 切割之后的芯片表面圖的對比。如圖4A所示，未經(jīng)過氧處理的芯片，經(jīng)過觀個小時的 切割，47個焊墊有19處被侵蝕。圖中的圓圈標(biāo)出了被侵蝕的焊墊。而經(jīng)氧處理后的芯 片，如圖4B所示，經(jīng)過觀個小時的切割，47個焊墊只有3處被侵蝕。由此可見，經(jīng)過 本發(fā)明的氧化處理后生成的Al2O3層有效地保護(hù)了焊墊，從而抑制了賈凡尼效應(yīng)。
另外，還對無Al2O3保護(hù)層的切割之后的芯片與有Al2O3保護(hù)層的切割之后的芯 片進(jìn)行了可靠性測試。經(jīng)過可靠性分析檢測，經(jīng)過本發(fā)明的氧化處理后的芯片與未經(jīng)氧 化處理后的芯片的可靠性幾乎沒有任何區(qū)別。從而可知，根據(jù)本發(fā)明的氧化處理過程并 不會對半導(dǎo)體器件的其他工作特性有任何的影響。
本發(fā)明所述的方法并不限于對Al層進(jìn)行氧化處理形成Al2O3保護(hù)層。在Al以 外的其他金屬材料用作焊墊材料的情況下也可以適用本發(fā)明。
根據(jù)如上所述的實施例制造的焊墊表面具有氧化保護(hù)層的半導(dǎo)體器件可應(yīng)用 于多種集成電路(IC)中。根據(jù)本發(fā)明的IC例如是存儲器電路，如隨機(jī)存取存儲器 (RAM)、動態(tài) RAM (DRAM)、同步 DRAM 6DRAM)、靜態(tài) RAM^RAM)、或只讀存儲器(ROM)等等。根據(jù)本發(fā)明的IC還可以是邏輯器件，如可編程邏輯陣列(PLA)、專用 集成電路(A^tC)、合并式DRAM邏輯集成電路(掩埋式DRAM)、射頻(RF)器件或任 意其他電路器件。
根據(jù)本發(fā)明的IC芯片可用于例如用戶電子產(chǎn)品，如個人計算機(jī)、便攜式計算 機(jī)、游戲機(jī)、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等各種電子產(chǎn)品中。
綜上所述，僅是本發(fā)明較佳的實施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限 制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域 的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi) 容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等同實施例。因此， 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡 單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)芯片切割工藝的方法，所述方法包括如下步驟 在待切割的芯片表面的鈍化層上涂覆光刻膠，進(jìn)行曝光顯影； 刻蝕晶片表面的鈍化層，露出焊墊表面，剝離光刻膠； 對露出的金屬層進(jìn)行氧化，生成金屬氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)芯片切割工藝的方法，所述方法還包括如下步驟 對芯片進(jìn)行電性驗收測試；對芯片外觀進(jìn)行檢查； 進(jìn)行芯片切割。
3.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)芯片切割工藝的方法，所述金屬層是Al，所述金屬氧化層是Al2O3。
4.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)芯片切割工藝的方法，其中所述金屬層進(jìn)行的氧化處理采 用灰化工藝。
5.如權(quán)利要求4所述的改進(jìn)芯片切割工藝的方法，其中所述灰化工藝的放電壓強(qiáng)為 500-800mtorr,放電頻率為 2500W，溫度為 235485°C，氣體流量為 5000-15000sccm，放 電時間為60-120s。
6.如權(quán)利要求5所述的改進(jìn)芯片切割工藝的方法，其中所述灰化工藝的放電壓強(qiáng)為 650mtorr,放電頻率為2500W，溫度為250°C，氣體流量為9500sccm，放電時間為60s。
7.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)芯片切割工藝的方法，其中所述金屬氧化層的厚度約為8 9埃。
8.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)芯片切割工藝的方法，其中所述金屬氧化層的厚度小于 80埃。
9.一種包含通過如權(quán)利要求1所述的方法制造的半導(dǎo)體器件的集成電路，其中所述集 成電路選自隨機(jī)存取存儲器、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器、同步隨機(jī)存取存儲器、靜態(tài)隨機(jī)存 取存儲器、只讀存儲器、可編程邏輯陣列、專用集成電路、掩埋式DRAM和射頻電路。
10.一種包含通過如權(quán)利要求1所述的方法制造的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備，其中所述 電子設(shè)備個人計算機(jī)、便攜式計算機(jī)、游戲機(jī)、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機(jī)和 數(shù)碼相機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)芯片切割工藝的方法，所述方法包括如下步驟在待切割的芯片表面的鈍化層上涂覆光刻膠；刻蝕晶片表面的鈍化層，露出焊墊表面，剝離光刻膠；對露出的金屬層進(jìn)行氧化，生成金屬氧化層。所述方法還包括對芯片進(jìn)行電性驗收測試；對芯片外觀進(jìn)行檢查；以及進(jìn)行芯片切割的步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法改進(jìn)了芯片的切割，減少了硅粉塵對焊墊的污染，特別是對表面Al層的污染，抑制了賈凡尼效應(yīng)。
文檔編號H01L21/321GK102024752SQ200910195970
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者張京晶, 王會卿 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司