[发明专利]提升金铝键合长期可靠性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路封装过程中在IC芯片的铝焊盘上采用金丝球焊键合的金铝异种金属互连的长期可靠性问题，具体地说是如何将芯片上的铝焊盘结构转换成金焊盘结构，从而实现金金同种金属键合，提高集成电路器件的长期可靠性，属于微电子封装技术领域。

背景技术

现阶段，在集成电路的封装过程中，引线键合仍然是芯片焊盘与基板键合指之间互连的主要方式，互连焊点承载着芯片内部电路与外部电路的功率与信号的运输，其质量与可靠性对器件的功能和寿命起着决定性的作用。目前集成电路的芯片焊盘通常采用铝层结构，基板键合指通常采用稳定性好抗氧化性能强的金镀层结构，芯片焊盘与外壳键合指之间的内引线互连则采用是业界广泛使用的金丝球焊键合工艺，通过热声球焊方式实现芯片焊盘铝金属化层与基板镀金键合指之间的互连。

在金丝球焊键合过程中，不可避免地出现了金丝与芯片铝层之间的金—铝键合系统，金铝键合的长期可靠性问题主要表现在集成电路在工作或贮存过程中出现的金铝键合失效，表现为器件功能参数退化或功能失效。由于金丝与芯片上的铝焊盘是异种金属，其晶格常数和热膨胀系数不同，金—铝之间扩散速率存在着显著差异，经长期使用后，在一定温度下和一定时间范围内在金铝焊接界面处容易形成柯肯达尔（Kirkendall）空洞和形成AuA1、Au5Al2、Au4A1、AuA12、Au2A1等多种机械强度极差的金属间化合物，且随着温度和时间的增加，空洞和金属间化合物的形成将会加速，伴随金属间化合物的产生，键合接触电阻变大，降低接触区域的电学性能，导致器件参数漂移，甚至开路而失效，影响产品的长期可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种提升金铝键合长期可靠性的方法，其通过溅射阻挡层TiW合金和电镀焊接层金的方式将芯片铝焊盘结构改变成金焊盘结构，将金铝异种金属键合焊接界面改变成金金同种金属键合焊接界面，彻底解决金铝异种金属键合导致的集成电路器件的长期可靠性问题。本发明采用的技术方案是：

一种提升金铝键合长期可靠性的方法，包括下述步骤：

步骤一，含有铝层焊盘结构的圆片来料接收；所述圆片上含有芯片；芯片表面具有铝焊盘；

步骤二，根据来料圆片中芯片表面的铝焊盘的位置坐标定制专用光刻掩膜板；光刻掩膜板的作用是在芯片铝焊盘的位置区域紫外光可透过，在芯片的非焊盘区域紫外光被阻挡；

步骤三，对含有铝焊盘结构的圆片进行清洗，去除圆片表面杂质；

步骤四，采用光刻和电镀的方法将铝焊盘结构的圆片修改成金焊盘结构的圆片。

进一步地，所述步骤三具体包括：

步骤3-1，对含有铝焊盘结构的圆片进行清洗，以去除圆片表面的杂质；

步骤3-2，经过清洁处理后的圆片进行脱水烘干处理，使其达到清洁干燥。

进一步地，所述步骤四具体包括：

步骤4-1，在铝焊盘结构圆片的整个表面溅射阻挡层；阻挡层的材料为TiW合金；

步骤4-2，在铝焊盘结构圆片的整个表面再溅射一层焊接层；焊接层的材料为金属Au；

步骤4-3，在铝焊盘结构圆片表面涂上光刻胶体，并烘烤固化；

步骤4-4，采用专用光刻掩膜板，通过光刻设备将专用光刻掩膜板上的焊盘图形对准圆片上的铝层上的焊盘；

步骤4-5，进行紫外线曝光；采用显影液去除已曝光部分的光刻胶；

步骤4-6，将圆片进行烘焙，以去除显影后光刻胶内残留溶剂；

步骤4-7，通过电镀的方式，在露出的焊接层表面电镀上一层焊接层金；

步骤4-8，去除圆片表面的光刻胶；

步骤4-9，去除光刻胶完毕后，采用刻蚀工艺刻蚀掉对焊接层金以外的阻挡层的TiW和焊接层的Au；

步骤4-10，最后对圆片进行漂洗和干燥。

更进一步地，

步骤4-1中，阻挡层的厚度为3000～5000?。

步骤4-2中，焊接层的厚度为1000～2000?。

步骤4-3中，圆片放置在烘箱中采用120℃，30min条件进行烘烤固化。

步骤4-7中，焊接层金13的厚度为20000～30000?。

本发明的优点在于：目前针对铝焊盘的金铝键合长期可靠性问题未见到有效解决措施，而本发明通过溅射阻挡层TiW合金阻挡了铝焊盘与金球之间形成金铝焊接界面，通过在阻挡层TiW的表面电镀焊接层金的方式形成金焊接表面，在后续金丝球焊键合时形成金金同种金属键合，彻底解决了铝焊盘与金球键合形成的金铝键合的长期可靠性问题。

附图说明