一種監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造領域，特別是涉及一種監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法。
【背景技術】
[0002]隨著微電子器件高集成度和多功能化的要求，現有的2D封裝技術已經難以滿足要求，而三維封裝具有尺寸小、重量輕、提高效率等優點，正逐步成為電子封裝的主流技術。鍵合是實現三維封裝的關鍵工藝，但同時也是制約三維封裝技術發展的一個瓶頸。目前，應用于三維封裝的鍵合技術大體可分為兩類:一類是無中間層的直接鍵合技術，主要包括硅-硅直接鍵合和硅-玻璃陽極鍵合。由于硅-硅直接鍵合涉及到高溫，而陽極鍵合涉及高電壓，在三維封裝中均受到一定程度的限制；另一類是具有中間層的間接鍵合技術，如利用焊料作為中間層的焊料鍵合和利用金屬層作為中間層的熱壓鍵合。如圖1所示，在現有的熱壓鍵合技術中，先將生長有金屬膜11的兩晶片10面對面置于熱板12上，并在上面一晶片未接觸一面加上蓋板13，將熱板12升溫到一定的溫度，然后施加一定的鍵合壓力14，保溫保壓一定的時間，即可完成熱壓鍵合過程。其工作原理為:在一定的溫度、壓力和時間作用下，金屬薄膜界面原子間存在相互擴散作用而實現鍵合。在三維晶片封裝技術中，晶片面對面堆疊(F2F Stacking)、2.f5D娃中介層(Interposer)等,一般采用金屬銅或金薄膜作為中間層。，而目前常用的是銅膜-銅膜的低溫熱壓鍵合方式。
[0003]在3D-CIS (CMOS Image Sensor, CMOS圖像傳感器)項目中，銅膜-銅膜鍵合之前需要一步預清洗的步驟，該步驟的目的是將銅膜表面的氧化銅完全去除，以避免氧化銅防止銅膜-銅膜之間的擴散，阻礙鍵合工藝的進行。在現有工藝中，一般使用檸檬酸清洗去除銅膜表面的氧化銅，原理在于:檸檬酸不與Cu反應，但可以與Cu2+反應，因此，使用檸檬酸清洗，即可以完全去除氧化銅，而又不損傷銅膜。檸檬酸與CuO之間主要的化學反應方程式為:
[0004]CuOC6H8O7 — C6H6Cu07+H20 (I)
[0005]為了監測檸檬酸的清洗效果，穩定其對氧化銅刻蝕的效果，現有工藝中一般都預先模擬該預清洗工藝，尋找出合適的清洗條件。在模擬預清洗工藝中，預清洗之后采用X射線光電能譜儀(XPS,x-ray Photoelectron Spectroscopy)來識別樣品表面的化學成分，以此來判斷銅膜表面的氧化銅是否被完全去除。但是，在預清洗后采用X射線光電能譜儀分析樣品表面的化學成分所需要的周期比較長，監控的準確度較低，其實時性太差，且會對樣品表面造成傷害。
[0006]鑒于此，尋找一種新的有效地監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法以解決上述技術問題非常必要。
【發明內容】
[0007]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法，用于解決現有工藝中，在生長有金屬膜的晶片預清洗后，使用X射線光電能譜儀識別樣品金屬膜表面的化學成分，以此來判斷金屬氧化物是否被完全去除的方法中存在的監控時效性差，監控的準確度較低，且對樣品表面容易造成傷害的問題。
[0008]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法，所述監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法至少包括以下步驟:
[0009]I)提供一晶片，在所述晶片上生長一層金屬膜；
[0010]2)測試所述金屬膜的第一反射率；
[0011]3)使所述金屬膜的表面氧化，以生成一層金屬氧化物；
[0012]4)使用金屬氧化物腐蝕溶液清洗烘烤后的所述表面生長有金屬膜的晶片；
[0013]5)測試所述清洗后的晶片表面金屬膜的第二反射率，通過對比所述第二反射率和所述第一反射率來判斷金屬氧化物是否被完全去除；
[0014]6)若判斷所述金屬氧化物被完全去除，將所使用的金屬氧化物腐蝕溶液應用到實際晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝中。
[0015]優選地，步驟I)中在所述晶片表面生長金屬膜的方法為電鍍法、蒸發法、PVD或CVD0
[0016]優選地,步驟I)中所述金屬膜的厚度為0.Ιμπι?Ι.Ομηι。
[0017]優選地，步驟3)中使所述金屬膜的表面氧化的方法為:將所述表面生長有金屬膜的晶片放入氧氣氣氛下進行烘烤，設置烘烤的溫度為100°c?300°C，烘烤時間為I分鐘?120分鐘。
[0018]優選地，步驟4)中使用金屬氧化物腐蝕溶液清洗的時間為5分鐘?60分鐘。
[0019]優選地，步驟I)中所述晶片的材料為硅、砷化鎵、氮化鎵、磷化銦或汞鉻碲。
[0020]優選地，步驟I)中生長的金屬膜為銅膜、鋁膜、鋅膜、銀膜、鈦膜、鉻膜或金膜。
[0021]優選地，步驟I)中提供的晶片為硅片時，在所述晶片上生長一層金屬膜之前，還包含在所述晶片表面生長一層氧化硅的步驟。
[0022]優選地，所述晶片表面生長一層氧化硅的方法為熱氧化法、濺射法或CVD。
[0023]優選地，所述氧化硅的厚度為900埃?1100埃。
[0024]優選地，步驟I)中生長的金屬膜為銅膜時，步驟4)中使用的金屬氧化物腐蝕溶液為檸檬酸溶液。
[0025]優選地，步驟5)中測試得到的所述清洗后的晶片表面金屬膜的第二反射率達到步驟2)中測試得到的晶片表面金屬膜的第一反射率的90%以上，即判斷金屬氧化物被完全去除。
[0026]如上所述，本發明的監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法，具有以下有益效果:通過測試晶片表面剛生長的金屬膜的第一反射率和使用金屬氧化物腐蝕容易清洗后晶片表面金屬膜的第二反射率，將所述兩反射率進行對比，可以輕易的辨別金屬膜表面的金屬氧化物是否被完全去除。所述方法簡單易行，所涉及的工藝和設備比較簡單，使得監控的周期大大縮短，具有較好的實時性；同時，由于測試金屬膜的反射率的過程中不會對晶片表面所生成的金屬膜造成損傷，且測試儀器的精度較高，大大提高了監控的準確性。
【附圖說明】
[0027]圖1顯示為現有熱壓鍵合技術的示意圖。
[0028]圖2顯示為本發明提供的監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法的流程圖。
[0029]圖3、5_6顯示為本發明提供的監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法在各步驟中的結構示意圖。
[0030]圖4顯示為本發明提供的監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法中在測試光線波長為480nm時測得的剛在晶片表面生長的銅膜的反射率隨放置時間變化的示意圖。
[0031]圖7顯示為本發明提供的監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法中在測試光線波長為480nm時測得的清洗之后的銅膜表面的反射率隨放置時間變化的示意圖。
[0032]元件標號說明
[0033]10、20 晶片
[0034]11,21 金屬膜
[0035]12熱板
[0036]13蓋板
[0037]14鍵合壓力
[0038]22金屬氧化物
【具體實施方式】
[0039]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0040]請參閱圖2至圖7，需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，雖圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0041]如圖2至圖7所示，本發明提供一種監控晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝的方法，所述方法至少包括:
[0042]I)提供一晶片20，在所述晶片20上生長一層金屬膜21 ；
[0043]2)測試所述金屬膜21的第一反射率；
[0044]3)使所述金屬膜21的表面氧化，以生成一層金屬氧化物22 ；
[0045]4)使用金屬氧化物腐蝕溶液清洗烘烤后的所述表面生長有金屬膜21的晶片20 ；
[0046]5)測試所述清洗后的晶片20表面金屬膜21的第二反射率，通過對比所述第二反射率和
[0047]所述第一反射率來判斷金屬氧化物22是否被完全去除；
[0048]6)若判斷所述金屬氧化物22被完全去除，將所使用的金屬氧化物腐蝕溶液應用至IJ實際
[0049]晶片鍵合前金屬中間層預清洗工藝中。
[0050]在步驟I)中，請參閱圖2的SI步驟及圖3，提供一晶片20，在所述晶片20上生長一層金屬膜21。
[0051]具體的，所述晶片20的材料可以為硅、砷化鎵、氮化鎵、磷化銦或汞鉻碲中的任一種，優選地，本實施例中所述晶片20為硅片。所述晶片20可以為現有半導體工藝中所有種類晶片中的任一種，但為了保證后續測試金屬膜反射率的準確性，應盡量使生長的金屬膜比較平整，所以，本實施例中，選用的基底晶片也應盡量保證其表面的平整度，優選地，本實施例中，所述晶片20為裸硅片。
[0052]需要說明的是，當所述晶片20為裸硅片時，由于硅的化學性質相對比較穩定，很多金屬與硅等材料的結合性不是很好，不適合直接在晶片上生長金屬膜，此時，應先在晶片20表面生長一層二氧化硅，二氧化硅可以與銅等金屬通過共價鍵相結合，使得二者的結合性較好。所述在晶片20表面生長一層二氧化硅的方法可以為熱氧化法、濺射法或CVD (Chemical VaporDeposit1n,化學氣相沉積)中的任一種，由于CVD方法所需溫度條件較低，工藝過程相對簡單，優選地，本實施例中，在所述晶片20表面生長二氧化硅的方法為CVD0為了使得二氧化硅與即將生長的金屬膜結合性達到最好，所述生長的二氧化硅應該具有適當的厚度:二氧化硅太薄，會影響其與金屬膜通過共價鍵相結合，二氧化硅太厚，會使得表面容易出現裂痕，也會影響其與金屬膜通過共價鍵相結合；所述晶片20表面生長的二氧化硅的厚度為900埃?1100埃，優選地，本實施例中，所述二氧化硅的厚度為1000埃。
[0053]具體的，在所述晶片20上生長的金屬膜21可以為銅膜、鋁膜、鋅膜、銀膜、鈦膜、鉻膜或金膜中的任一種；在所述晶片20表面生長金屬膜21的方法可以為電鍍法、濺射法、PVD (Physical Vapor Deposit1n,物理氣相沉積)或CVD中的任一種