一种监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法。
【背景技术】
[0002]随着微电子器件高集成度和多功能化的要求，现有的2D封装技术已经难以满足要求，而三维封装具有尺寸小、重量轻、提高效率等优点，正逐步成为电子封装的主流技术。键合是实现三维封装的关键工艺，但同时也是制约三维封装技术发展的一个瓶颈。目前，应用于三维封装的键合技术大体可分为两类:一类是无中间层的直接键合技术，主要包括硅-硅直接键合和硅-玻璃阳极键合。由于硅-硅直接键合涉及到高温，而阳极键合涉及高电压，在三维封装中均受到一定程度的限制；另一类是具有中间层的间接键合技术，如利用焊料作为中间层的焊料键合和利用金属层作为中间层的热压键合。如图1所示，在现有的热压键合技术中，先将生长有金属膜11的两晶片10面对面置于热板12上，并在上面一晶片未接触一面加上盖板13，将热板12升温到一定的温度，然后施加一定的键合压力14，保温保压一定的时间，即可完成热压键合过程。其工作原理为:在一定的温度、压力和时间作用下，金属薄膜界面原子间存在相互扩散作用而实现键合。在三维晶片封装技术中，晶片面对面堆叠(F2F Stacking)、2.f5D娃中介层(Interposer)等,一般采用金属铜或金薄膜作为中间层。，而目前常用的是铜膜-铜膜的低温热压键合方式。
[0003]在3D-CIS (CMOS Image Sensor, CMOS图像传感器)项目中，铜膜-铜膜键合之前需要一步预清洗的步骤，该步骤的目的是将铜膜表面的氧化铜完全去除，以避免氧化铜防止铜膜-铜膜之间的扩散，阻碍键合工艺的进行。在现有工艺中，一般使用柠檬酸清洗去除铜膜表面的氧化铜，原理在于:柠檬酸不与Cu反应，但可以与Cu2+反应，因此，使用柠檬酸清洗，即可以完全去除氧化铜，而又不损伤铜膜。柠檬酸与CuO之间主要的化学反应方程式为:
[0004]CuOC6H8O7 — C6H6Cu07+H20 (I)
[0005]为了监测柠檬酸的清洗效果，稳定其对氧化铜刻蚀的效果，现有工艺中一般都预先模拟该预清洗工艺，寻找出合适的清洗条件。在模拟预清洗工艺中，预清洗之后采用X射线光电能谱仪(XPS,x-ray Photoelectron Spectroscopy)来识别样品表面的化学成分，以此来判断铜膜表面的氧化铜是否被完全去除。但是，在预清洗后采用X射线光电能谱仪分析样品表面的化学成分所需要的周期比较长，监控的准确度较低，其实时性太差，且会对样品表面造成伤害。
[0006]鉴于此，寻找一种新的有效地监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法以解决上述技术问题非常必要。
【发明内容】
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法，用于解决现有工艺中，在生长有金属膜的晶片预清洗后，使用X射线光电能谱仪识别样品金属膜表面的化学成分，以此来判断金属氧化物是否被完全去除的方法中存在的监控时效性差，监控的准确度较低，且对样品表面容易造成伤害的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法，所述监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法至少包括以下步骤:
[0009]I)提供一晶片，在所述晶片上生长一层金属膜；
[0010]2)测试所述金属膜的第一反射率；
[0011]3)使所述金属膜的表面氧化，以生成一层金属氧化物；
[0012]4)使用金属氧化物腐蚀溶液清洗烘烤后的所述表面生长有金属膜的晶片；
[0013]5)测试所述清洗后的晶片表面金属膜的第二反射率，通过对比所述第二反射率和所述第一反射率来判断金属氧化物是否被完全去除；
[0014]6)若判断所述金属氧化物被完全去除，将所使用的金属氧化物腐蚀溶液应用到实际晶片键合前金属中间层预清洗工艺中。
[0015]优选地，步骤I)中在所述晶片表面生长金属膜的方法为电镀法、蒸发法、PVD或CVD0
[0016]优选地,步骤I)中所述金属膜的厚度为0.Ιμπι?Ι.Ομηι。
[0017]优选地，步骤3)中使所述金属膜的表面氧化的方法为:将所述表面生长有金属膜的晶片放入氧气气氛下进行烘烤，设置烘烤的温度为100°c?300°C，烘烤时间为I分钟?120分钟。
[0018]优选地，步骤4)中使用金属氧化物腐蚀溶液清洗的时间为5分钟?60分钟。
[0019]优选地，步骤I)中所述晶片的材料为硅、砷化镓、氮化镓、磷化铟或汞铬碲。
[0020]优选地，步骤I)中生长的金属膜为铜膜、铝膜、锌膜、银膜、钛膜、铬膜或金膜。
[0021]优选地，步骤I)中提供的晶片为硅片时，在所述晶片上生长一层金属膜之前，还包含在所述晶片表面生长一层氧化硅的步骤。
[0022]优选地，所述晶片表面生长一层氧化硅的方法为热氧化法、溅射法或CVD。
[0023]优选地，所述氧化硅的厚度为900埃?1100埃。
[0024]优选地，步骤I)中生长的金属膜为铜膜时，步骤4)中使用的金属氧化物腐蚀溶液为柠檬酸溶液。
[0025]优选地，步骤5)中测试得到的所述清洗后的晶片表面金属膜的第二反射率达到步骤2)中测试得到的晶片表面金属膜的第一反射率的90%以上，即判断金属氧化物被完全去除。
[0026]如上所述，本发明的监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法，具有以下有益效果:通过测试晶片表面刚生长的金属膜的第一反射率和使用金属氧化物腐蚀容易清洗后晶片表面金属膜的第二反射率，将所述两反射率进行对比，可以轻易的辨别金属膜表面的金属氧化物是否被完全去除。所述方法简单易行，所涉及的工艺和设备比较简单，使得监控的周期大大缩短，具有较好的实时性；同时，由于测试金属膜的反射率的过程中不会对晶片表面所生成的金属膜造成损伤，且测试仪器的精度较高，大大提高了监控的准确性。
【附图说明】
[0027]图1显示为现有热压键合技术的示意图。
[0028]图2显示为本发明提供的监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法的流程图。
[0029]图3、5_6显示为本发明提供的监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法在各步骤中的结构示意图。
[0030]图4显示为本发明提供的监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法中在测试光线波长为480nm时测得的刚在晶片表面生长的铜膜的反射率随放置时间变化的示意图。
[0031]图7显示为本发明提供的监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法中在测试光线波长为480nm时测得的清洗之后的铜膜表面的反射率随放置时间变化的示意图。
[0032]元件标号说明
[0033]10、20 晶片
[0034]11,21 金属膜
[0035]12热板
[0036]13盖板
[0037]14键合压力
[0038]22金属氧化物
【具体实施方式】
[0039]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0040]请参阅图2至图7，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0041]如图2至图7所示，本发明提供一种监控晶片键合前金属中间层预清洗工艺的方法，所述方法至少包括:
[0042]I)提供一晶片20，在所述晶片20上生长一层金属膜21 ；
[0043]2)测试所述金属膜21的第一反射率；
[0044]3)使所述金属膜21的表面氧化，以生成一层金属氧化物22 ；
[0045]4)使用金属氧化物腐蚀溶液清洗烘烤后的所述表面生长有金属膜21的晶片20 ；
[0046]5)测试所述清洗后的晶片20表面金属膜21的第二反射率，通过对比所述第二反射率和
[0047]所述第一反射率来判断金属氧化物22是否被完全去除；
[0048]6)若判断所述金属氧化物22被完全去除，将所使用的金属氧化物腐蚀溶液应用至IJ实际
[0049]晶片键合前金属中间层预清洗工艺中。
[0050]在步骤I)中，请参阅图2的SI步骤及图3，提供一晶片20，在所述晶片20上生长一层金属膜21。
[0051]具体的，所述晶片20的材料可以为硅、砷化镓、氮化镓、磷化铟或汞铬碲中的任一种，优选地，本实施例中所述晶片20为硅片。所述晶片20可以为现有半导体工艺中所有种类晶片中的任一种，但为了保证后续测试金属膜反射率的准确性，应尽量使生长的金属膜比较平整，所以，本实施例中，选用的基底晶片也应尽量保证其表面的平整度，优选地，本实施例中，所述晶片20为裸硅片。
[0052]需要说明的是，当所述晶片20为裸硅片时，由于硅的化学性质相对比较稳定，很多金属与硅等材料的结合性不是很好，不适合直接在晶片上生长金属膜，此时，应先在晶片20表面生长一层二氧化硅，二氧化硅可以与铜等金属通过共价键相结合，使得二者的结合性较好。所述在晶片20表面生长一层二氧化硅的方法可以为热氧化法、溅射法或CVD (Chemical VaporDeposit1n,化学气相沉积)中的任一种，由于CVD方法所需温度条件较低，工艺过程相对简单，优选地，本实施例中，在所述晶片20表面生长二氧化硅的方法为CVD0为了使得二氧化硅与即将生长的金属膜结合性达到最好，所述生长的二氧化硅应该具有适当的厚度:二氧化硅太薄，会影响其与金属膜通过共价键相结合，二氧化硅太厚，会使得表面容易出现裂痕，也会影响其与金属膜通过共价键相结合；所述晶片20表面生长的二氧化硅的厚度为900埃?1100埃，优选地，本实施例中，所述二氧化硅的厚度为1000埃。
[0053]具体的，在所述晶片20上生长的金属膜21可以为铜膜、铝膜、锌膜、银膜、钛膜、铬膜或金膜中的任一种；在所述晶片20表面生长金属膜21的方法可以为电镀法、溅射法、PVD (Physical Vapor Deposit1n,物理气相沉积)或CVD中的任一种