摘 要: 在半导体制造工艺中，Al 焊盘表面的氧化膜会阻碍金丝键合。针对某公司新半导体工艺中出现键合失效问题的芯片，采用SEM，EDS 和AES 对切片前后的芯片进行了分析。结果发现，切片前后Al 焊盘表面的元素成分基本一致，可以认为清洗工艺对金丝键合基本没有影响，它不是导致金丝键合失效的原因；通过AES 对焊盘进行深度剖析，在深度接近Al 焊盘高度的一半时，氧的含量仍然高达40%左右，如此高含量的氧已经足以将Al 完全氧化，其所形成的氧化膜阻碍了金丝键合所必需的金属连接和扩散过程，从而导致键合质量差，甚至无法实现键合
　　关键词: 晶圆；Al 焊盘；金丝键合；氧化膜
　　中图法分类号：TN 304.1 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2005)01-0143-03
1 引 言
　　在半导体制造工艺中，晶圆完成后，使用金刚石刀具将其切割成独立的芯片。在切割的同时，使用清水冲洗，既达到冷却的目的，更主要的是冲洗掉切割时产生的污染颗粒，清洁表面。接着在电子封装中使用Au/Al 键合（即金丝键合）实现芯片和基板的电连接[1，2]。键合方法采用超声压焊。超声压焊受到许多不同因素的影响，包括键合机参数设置、金丝质量、不同材料的性能等[3]。从材料科学的观点来说，金丝键合是1 种基于金丝和Al 金属化直接微焊接工艺。Al 焊盘表面生成的氧化膜会阻碍金丝和Al 之间的结合。因此，超声压焊需要去除Al 焊盘表面的氧化膜。
　　然而，键合之前的工艺步骤，例如等离子刻蚀，化学清洗残余的卤化物（F，Br，Cl等）或者不良的储藏条件都可能导致Al 氧化膜厚度增加[4]。由于Al2O3具有较高的强度和硬度，在键合中去除掉是比较困难的，从而导致可靠性降低，甚至无法实现键合。
　　某电子产品公司采用了新的半导体制作工艺制作晶圆，在切片时也采用了1 种新的清洗工艺。但是在对芯片进行金丝键合时，发现金丝无法与Al 焊盘结合；即使采用大电流超声焊接勉强焊上后，结合强度也非常低，很容易开裂，断线率竟然高达40%～70％，可靠性太差。
　　采用SEM 和AES 对该公司8?晶园的多个切片前后的芯片（Al 焊盘尺寸为100 µm×70 µm，金丝直径为25 µm）进行了分析，找到了其难以键合的原因；并证明了新的清洗工艺并不会影响Al 焊盘表面。
2 实验过程
　　使用扫描电子显微镜（SEM）观察了芯片外观及Al 焊盘表面形貌，同时使用能谱（EDS）分析了其成分。接着使用俄歇电子能谱（AES）分析了Al 焊盘表面成分，并进行了深度分析。AES 的型号为PHI-660，采用Ar+离子束进行溅射，溅射速率大约为16 nm/min。
3 分析与讨论
3.1 清洗工艺的影响
　　首先对切片后的芯片进行了分析。图1 所示为芯片的部分区域，其中的几个方块就是Al 焊盘，尺寸为100 µm×70 µm。上面的划痕为探针探测时留下的痕迹。