一种降低金属层溅镀工艺中杂质微粒颗数的方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体封装领域凸块工艺中降低金属层溅镀工艺中杂质微粒颗数的方法，包括以下步骤：(1)开启微波电源和射频电源，对晶圆表面及金属垫表面进行电浆蚀刻；(2)溅镀机对晶圆进行金属层溅镀；(3)设置微粒颗数管控上限参数，超过此数值时即停机对电浆蚀刻腔体内壁进行清理；其中，所述步骤(2)中金属层溅镀过程包括正常程式和电浆蚀刻清理程式。采用本发明的技术方案，降低了微粒颗数，延长了电浆蚀刻腔体的使用时间，从而降低了保养的次数，达到了降低人工及物料成本的目的，凸块金属溅镀工艺中的杂质微粒的产生率降低了60％，溅镀机的产能提升了150％。
【专利说明】-种降低金属层瓣媳工艺中杂质微粒颗数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体封装领域凸块工艺中的金属层瓣锻工艺，尤其设及到一种降低 金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法。
【背景技术】
[0002] 锡铅W及锡银凸块的制作是先进半导体封装（FC覆晶式封装）必要的一环。金属 层瓣锻通常是凸块工艺的首道制程。金属层瓣锻的工艺流程是在瓣锻金属层之前要先经过 电浆蚀刻（或称为干蚀刻），其目的是要将长凸块的开口（侣垫或铜垫）上的氧化层（氧化 侣或氧化铜）去除，否则瓣锻金属层与侣垫（或铜垫）之间的接触电阻会过高而导致电性 不良。电浆蚀刻是将晶圆表面的一层用电浆电击的方式打掉，所有被电浆击出的晶圆表面 物质（包括金属氧化物W及非导体的绝缘材料如氧化娃或氮化娃等）都将附着在电浆蚀刻 腔体的内壁。该些附着于电浆蚀刻腔体内壁的物质其附着力并不是很好，随着制作晶圆数 量的增加，内壁附着物的厚度也随之增厚，最终会导致内壁附着物的剥落。该些剥落的微粒 就会掉落在后续经过电浆蚀刻的晶片上，如果微粒落在凸块的开口内则会导致随后的瓣锻 金属层缺陷从而造成凸块良率的降低。
[0003] 为了将凸块金属层瓣锻过程所产生的微粒变得可控，通常，最简单而直接的方式 就是设定一个微粒颗数/片进行监控。当微粒颗数超出管控上限时即停止再作业，进行电 浆蚀刻腔体内壁的清理与配件的更换。此种做法虽然可行，但却严重影响瓣锻机的产能，同 时也会增加人力和物料的成本，可见，频繁停止作业进行清理的操作成为限制产能提升的 一大技术问题。
[0004] 中国专利03123734. 7公开了一种瓣锻装置及其使用此装置的金属层/金属化合 物层的制造方法，该方法可减少反应室中温度分布之差，增加金属铁与氮化铁的附着性， 并可减少氮化铁粒子的堆积；中国专利200510070055. 0公开了一种瓣锻清洗室的晶座设 计及应用该设计的金属化制造过程的方法，该专利的方法可W避免晶片温度的升高，提高 侣金属导线的添洞能力；但上述专利都并没有提及在金属瓣锻过程中的附着物的沉积造成 金属凸块良率的降低及解决该问题的方法，更没有提及如何应对频繁停止作业进行清理的 操作而限制产能提升该一大技术问题。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种通过针对瓣锻金属层的流程管控W及电 浆蚀刻的参数设定来达到降低微粒颗数W及延长电浆腔体使用的时间，从而降低保养的次 数W达到增加产能，降低人工及物料成本的目的。
[0006] 本发明的技术方案是；一种降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，包括W 下步骤；（1)开启微波电源和射频电源，对晶圆表面及金属垫表面进行电浆蚀刻；（2)瓣锻 机对晶圆进行金属层瓣锻；（3)设置微粒颗数管控上限参数，超过此数值时即停机对电浆 蚀刻腔体内壁进行清理；
[0007]其中，
[000引步骤（1)中所述金属垫为金垫，或铜垫，或侣垫；所述电浆蚀刻采用的电浆气体为 氣气；
[0009] 步骤似中金属层瓣锻过程包括正常程式和电浆蚀刻清理程式；
[0010] 步骤（2)中所述金属层瓣锻过程中的电浆蚀刻清理程式采用的方式是；关闭射频 电源，利用微波电源产生的电浆对电浆蚀刻腔体内壁进行清理；
[0011] 步骤（2)金属层瓣锻过程中的正常程式和电浆蚀刻清理程式的实施是交替进行 的，直至满足实施步骤（3)的条件。
[0012] 所述正常程式和电浆蚀刻清理程式的交替实施方式是通过管控参数的设置来实 现的，所述管控参数包括正常程式时瓣锻机跑过的片数、电浆蚀刻腔体清理程式时瓣锻机 跑过的片数、电浆蚀刻时间、每次电浆蚀刻清理清理程式进行重复的次数。
[0013] 进一步，
[0014] 所述正常程式瓣锻机跑过的片数是25-50片；
[0015] 所述电浆蚀刻清理程式瓣锻机跑过的片数是5-20片；
[0016] 所述电浆蚀刻清理程式每次重复5-15次。
[0017] 再进一步，
[001引在所述步骤（2)中的电浆蚀刻腔体内安装微粒颗数检测调控装置，实现对所述管 控参数进行动态调控。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过对瓣锻金属层的流程管控W及电浆 蚀刻的参数设定，降低了微粒颗数，延长了电浆腔体的使用时间，从而降低了保养的次数， 达到了降低人工及物料成本的目的；同时降低了凸块金属瓣锻工艺中的杂质微粒的产生 率，降低程度达60%，瓣锻机的产能也大大提升，提升效果达150%。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的技术方案的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0021] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施 例范围之中。
[0022] 实施方式一
[0023] 现结合金属层瓣锻工艺和电浆蚀刻工艺对本发明的技术方案进行详细说明，金属 层瓣锻是在真空状况下，输入惰性气体（如氣气），在高压直流电的作用下，氣气被离子化， 氣离子撞击在金属源（祀材），瓣射出金属原子，沉积附与被锻件上，即形成金属层。
[0024] 在金属层瓣锻前要先进行电浆蚀刻工艺，电浆蚀刻的腔体内通常会存在两种高频 电源；一种是2. OMHz的微波（Microwave)电源，一种是13. 6MHz的射频（RF)电源。微波电 源存在于电浆蚀刻腔体的上方（距离晶圆较远），其功能主要是产生电浆源（产生带正电的 氣离子），而射频电源的主要目的是为了要让带正电的氣离子群与晶圆之间产生巨大的压 差，使得带正电的氣离子被压差吸引而撞击到晶圆表面进而达到电浆蚀刻的效果。在电浆 蚀刻工艺中，被电浆击出的晶圆表面物质（包括金属氧化物W及非导体的绝缘材料如氧化 娃或氮化娃等）会附着在电浆蚀刻腔体的内壁，而在后续的金属瓣锻过程中，该些附着物 会剥落下来，落在凸块的开口内处导致凸块良率的降低，而针对该个问题，最简单的做法都 是先设定一个微粒颗数/片进行监控，当微粒颗数超出管控上限时即停止再作业，对电浆 蚀刻腔体内壁进行清理与配件的更换，该种做法因频繁停机进行清理从而限制了瓣锻机产 能提升，同时也会增加人力和物料的成本。
[0025] 对于上述技术问题，本发明人于是想到了，在电浆蚀刻工艺中，如果没有射频电源 的牵引，微波电源所产生的带正电的氣离子仍然会带有一定能量在电浆蚀刻腔体内到处撞 击。而由于没有射频电源的牵引，此时的氣离子大部分是撞击到电浆蚀刻腔体的内壁上，该 样，就可从隐电浆蚀刻腔体内壁上的外来附着物打掉，从而在后续的金属瓣锻工艺中，减少 或者避免频繁停机进行清理的操作。
[0026] 本发明即是基于上述的原理来解决前述的技术问题，所W本发明的技术方案是： 一种降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，包括W下步骤；（1)开启微波电源和射 频电源，对晶圆表面及金属垫表面进行电浆蚀刻；（2)瓣锻机对晶圆进行金属层瓣锻；（3) 设置微粒颗数管控上限参数，超过此数值时即停机对电浆蚀刻腔体内壁进行清理；
[0027] 其中，
[002引步骤（1)中所述金属垫为金垫，或铜垫，或侣垫；所述电浆蚀刻采用的电浆气体为 氣气；
[0029] 步骤似中金属层瓣锻过程包括正常程式和电浆蚀刻清理程式；
[0030] 步骤似中所述金属层瓣锻过程中的电浆蚀刻清理程式采用的方式是；关闭射频 电源，利用微波电源产生的电浆对电浆蚀刻腔体内壁进行清理；
[0031] 步骤（2)金属层瓣锻过程中的正常程式和电浆蚀刻清理程式的实施是交替进行 的，直至满足实施步骤（3)的条件。
[0032] 如图1所示，本发明的技术方案的工艺流程图，首先要对晶圆进行电浆蚀刻，然后 对电浆蚀刻过的晶圆进行金属层瓣锻，在金属层瓣锻工艺中，包括正常程式及电浆蚀刻清 理程式，正常程式即现有生产中采用的模式，电浆蚀刻清理程式即本发明的技术方案提出 的一种新的模式。正常程式和清理程式是交替实施的，如图1所示，在金属层的瓣锻工艺 中，正常程式结束后即进入清理程式，然后再回到正常程式，直至超过所设定的微粒颗数管 控上限参数，即实施停机进行电浆蚀刻腔体的清理工作。
[0033] 所述正常程式和电浆蚀刻清理程式的交替实施方式是通过管控参数的设置来实 现的，所述管控参数包括正常程式时瓣锻机跑过的片数、电浆蚀刻腔体清理程式时瓣锻机 跑过的片数、电浆蚀刻时间、每次电浆蚀刻清理清理程式进行重复的次数。
[0034] 为了提升效率，增加产能，本发明的技术方案中，对于金属瓣锻工艺，本发明的设 计人，还进一步想到了采用瓣锻机的正常程式和电浆蚀刻腔体的清理程式交替进行的的操 作方式。即当瓣锻机跑完正常程式的片数时，随即进入电浆蚀刻腔体清理程式，之后再跑完 正常程式的片数，然后电浆蚀刻清洗程式，如此交替进行下去，直至超过设定的微粒颗数监 控值（根据工艺对良率的要求设定一个监控值），即停止作业进行电浆蚀刻腔体内壁的清 理。按照此技术方案，可W减少频繁停机进行清理的操作，降低了保养的次数，从整体上提 升了效率，增加了产能，如果瓣锻金属层的流程管控W及电浆蚀刻的参数设定达到一个最 佳的合适参数，那么就完全可W避免频繁停机进行清理的操作，从而最大潜能地提升瓣锻 机的产能。
[0035] 再进一步，本发明技术方案的重点就是找出合适的时机来做该一个电浆蚀刻腔体 内壁清理的动作W及内壁清理的动作要重复多少次才能达到最佳的效果。具体而言，即如 何对正常程式时瓣锻机跑过的片数、电浆蚀刻腔体清理程式时瓣锻机跑过的片数、电浆蚀 刻时间、每次电浆蚀刻清理清理程式进行重复的次数等管控参数设定，使其达到工艺的最 佳参数。
[0036] 发明人经过大量试验，得出一个优选的工艺管控参数是：
[0037] 所述正常程式瓣锻机跑过的片数是25-50片；
[003引所述电浆蚀刻清理程式瓣锻机跑过的片数是5-20片；
[0039] 所述电浆蚀刻清理程式每次重复5-15次。
[0040] 上述参数只是本发明一个比较优选的工艺参数，在实际情况中，还可W增加调节 微波电源的功率参数来达到更好的工艺效果。
[0041] 为了简化工艺参数，本发明的设计人，固定了微波电源的功率设定及电浆蚀刻的 时间参数，实验的变数仅为需要跑多少次电浆蚀刻腔体内壁清理程式才能有效地控制微粒 的颗数/片在设定的管控范围内。管控上限的设定要根据工艺最终产品良率的要求。本次 方案是将微粒（〉1〇 y )的控制上限设定为15颗/片（是原本控制上限30颗的一半），经过 大量实验，得出了如下技术参数，实验结果见表1。
[0042] 发明设计人通过大量试验后发现；每一正常程式瓣锻机跑过的片数是50片，每一 电浆蚀刻清理程式瓣锻机跑过的片数是10片，且每一电浆蚀刻清理程式每次重复12次时， 能够达到较佳的工艺参数，平均微粒颗数都不超过设定的管控上限（颗/片）。
[00创如表1所示，微粒（〉10u)的控制上限设定为15颗，实验结果如下：
[0044] 表1瓣锻机在正常程式和清理程式中跑过的片数
[0045]
【权利要求】
1. 一种降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征在于，包括w下步骤： (1) 开启微波电源和射频电源，对晶圆表面及金属垫表面进行电浆蚀刻； (2) 瓣锻机对晶圆进行金属层瓣锻； (3) 设置微粒颗数管控上限参数，超过此数值时即停机对电浆蚀刻腔体内壁进行清 理； 其中，所述步骤（2)中金属层瓣锻过程包括正常程式和电浆蚀刻清理程式。
2. 根据权利要求1所述的降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征在于： 所述步骤（2)中所述金属层瓣锻过程中的电浆蚀刻清理程式采用的方式是；关闭射频电 源，利用微波电源产生的电浆对电浆蚀刻腔体内壁进行清理。
3. 根据权利要求1或2所述的降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征 在于；所述步骤（2)金属层瓣锻过程中的正常程式和电浆蚀刻清理程式的实施是交替进行 的，直至满足实施步骤（3)的条件。
4. 根据权利要求3所述的降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征在于： 所述正常程式和电浆蚀刻清理程式的交替实施方式是通过管控参数的设置来实现的，所述 管控参数包括正常程式时瓣锻机跑过的片数、电浆蚀刻腔体清理程式时瓣锻机跑过的片 数、电浆蚀刻时间、每次电浆蚀刻清理清理程式进行重复的次数。
5. 根据权利要求4所述的降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征在于： 所述正常程式瓣锻机跑过的片数是25-50片。
6. 根据权利要求4所述的降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征在于： 所述电浆蚀刻清理程式瓣锻机跑过的片数是5-20片。
7. 根据权利要求4所述的降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征在于： 所述电浆蚀刻清理程式每次重复5-15次。
8. 根据权利要求1所述的降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征在于： 步骤（1)中所述金属垫为金垫，或铜垫，或侣垫。
9. 根据权利要求1所述的降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征在于： 所述步骤（1)中所述电浆蚀刻采用的电浆气体为氣气。
10. 根据权利要求4所述的降低金属层瓣锻工艺中杂质微粒颗数的方法，其特征在于： 在所述步骤（2)中的电浆蚀刻腔体内安装微粒颗数检测调控装置，实现对所述管控参数进 行动态调控。
【文档编号】H01L21/60GK104465425SQ201410766104
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】丁万春 申请人:南通富士通微电子股份有限公司