用TOF-SIMS研究半导体芯片铝键合点上有机沾污.pdf

　第 19 卷第 9 期　　　　　　　　半　导　体　学　报　　　　　　　　 . 19, . 9　 V o l N o 　1998 年 9 月　　　　　　CH IN ESE JOU RNAL O F SEM ICONDU CTOR S　　　　　　Sep. , 1998　 用 - 研究半导体芯片 TO F SIM S 铝键合点上的有机沾污 郑国祥　李越生　宗祥福 ( 复旦大学材料科学系　上海　200433) 任　　　罗俊一　史　刚 (上海先进半导体制造有限公司　上海　200233) 摘要　铝键合点的表面沾污增强了对铝合金化表面的腐蚀, 并导致微芯片的失效. 过去大量的 工作多集中在由等离子工艺引起的含氟的无机沾污; 很少接触到键合点的有机沾污. 飞行时间 二次离子质谱(TO F S IM S) 提供了一个探测和分析微芯片键合点上有机沾污的有力武器. 作 者比较了两个 TO F S IM S 的正离子谱, 一个是经目检发现键合点有沾污点的芯片, 另一个是 无沾污芯片. 根据对 TO F S IM S 特征谱线和离子像的研究, 认为沾污点是由某些以 CHx 和 N H y 结构组成的有机化合物造成的, 并对铝有腐蚀作用. 经分析发现这些有机沾污来源于微 芯片的工艺过程. PACC: 8280, 8160 1　引言 在半导体器件的失效分布图中, 铝键合系统的失效被认为是最主要的失效模式. 它用常 规的筛选和测试很难剔除, 只有靠键合前的逐个目检或老化试验中的强烈振动才可能暴露 出来, 因此对器件可靠性影响很大. 铝是比较活泼的金属, 很容易发生腐蚀, 良好的键合特性 的主要标志就是抗腐蚀. 当铝键合点表面的铝发生腐蚀, 在键合时就会防碍金铝界面的相 互扩散, 导致金属丝键合器件的可靠性下降. 无论在键合点处发生什么类型的腐蚀, 残留在 [ 1 ] 铝表面的沾污在腐蚀过程中总是起主要作用 , 此外还有表面潮湿和电化学反应等方面的 作用. 为了提高芯片键合系统的可靠性, [ 2～ 5 ]、 [ 1, 2 ]、 [ 1 ] 和电学测量[ 1, 5 ] 等分析 XPS A ES ESCA 仪器被应用于针对半导体芯片铝键合点上的无机沾污进行了大量的研究工作. 在这些研究 报道中, 铝键合点的腐蚀被认为是由含 4 2 等离子工艺[ 1～ 3 ] 或芯片经历环境[ 5, 6 ] 引起的 CF O 氟沾污造成的. 由于有机沾污物化学成分的复杂性及在铝键合点表面有机沾污的微区和微 郑国祥　男, 1946 年出生, 副教授, 从事硅器件设计和可靠性分析 李越生　男, 1955 年出生, 博士、副教授, 从事材料和表面科学研究 收到,定稿 9 期　　　　　郑国祥等: 　用 研究半导体芯片铝键合点上的有机沾污　　　　　　 TO F S IM S 703 量等特性, 使得运用上述这些分析仪器对铝键合点表面的有机沾污作分析研究就显得力不 从心, 因此与之有关的研究工作也少见报道. ( ) [ 7 ] 飞行时间二次离子质谱 TO F S I