一种半导体晶圆电镀夹持装置、夹持方法及其电镀工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体晶圆电镀技术领域，具体设计一种半导体晶圆电镀夹持装置、夹持方法及其电镀工艺，尤其是适用于激光半导体晶圆的电镀夹持及其电镀工艺。
【背景技术】
[0002]激光半导体发光是通过键合到芯片焊盘上的金属丝把电流加载到激光二级管的两极上来实现的。激光半导体晶圆上的芯片焊盘通常是金(Au)或其他导电金属(如铜-Cu，铝-Al)材料，焊盘厚度为0.2微米-4微米之间，芯片焊盘的沉积方法通常有等离子溅射、蒸镀和电镀。对于高速光通讯用激光半导体，芯片焊盘的厚度要求至少大于I微米，有时厚度达到4-5微米，采用等离子溅射和蒸镀的方法形成芯片焊盘时，沉积速率较低，所需沉积时间较长且效率低，而且是无差别沉积(即没有选择性)，通常只有少部分金属会沉积到芯片焊盘上，所以造成金属浪费巨大。相比而言，采用电镀方法在半导体晶圆上沉积芯片焊盘所需设备简单、操作方便，且可以有选择性在芯片焊盘上电镀所需的金属，因此在激光半导体晶圆的芯片焊盘沉积中得到广泛应用。在电镀的过程中，需要将半导体晶圆夹持固定在电镀液中，现有技术中的半导体晶圆电镀夹持装置如附图1所示的，包括鳄鱼夹103和板夹104，所述鳄鱼夹103夹持在半导体晶圆100非导电区的光刻胶102上，用于固定半导体晶圆100，所述板夹104夹持在半导体晶圆100的导电区105上，并与半导体晶圆表面的金属导电层电性接触，然后在鳄鱼夹103和板夹104的夹持固定下，将整个半导体晶圆I和部分鳄鱼夹、板夹浸入在电镀杯106中电镀液107的液面之下，如附图2所示，同时将板夹104连接于电镀电源的阴极，板夹采用金属铜制作，这样电镀电源中的电子从导线经过板夹传到半导体晶圆的导电区105，再通过光刻胶下的薄层金属传导到需要电镀的芯片焊盘101处，然后电子从半导体晶圆上的众多芯片焊盘处进入电镀液，并汇聚到电镀液中的阳极网108处，阳极网108通过阳极网固定夹109固定，阳极网固定夹109连接于电镀电源的阳极，最终行成一个电流回路。在电子通过回路的过程中，电镀液中的金属阳离子在芯片焊盘处获得电子而转变成金属原子并沉积到芯片焊盘处。现有技术中的这种电镀夹持装置在使用中具有以下缺陷:(I)、为保证芯片焊盘电镀沉积厚度的均匀性，电镀过程中电镀液需要充分搅拌流动，但电镀液的流动对半导体晶圆造成一定的冲力，为保持半导体晶圆在流动液体中的稳定性，鳄鱼夹103需要用一定的压紧力夹紧半导体晶圆，如果鳄鱼夹103的压紧力过小，就容易造成晶圆掉片;反之如果鳄鱼夹103的压紧力过大，则容易使薄的半导体晶圆片裂片，同时鳄鱼夹的牙齿非常容易穿透半导体晶圆表面的光刻胶102，会造成半导体晶圆双面导电，从而在不应电镀的地方进行了电镀，严重影响电镀质量，甚至会造成整个半导体晶圆报废，因此使用鳄鱼夹进行半导体晶圆固定难以将其压紧力控制在理想的范围。其次在电镀中，鳄鱼夹和板夹大部分浸入电镀液中，会引入较多的杂质离子，有可能造成电镀液的过早报废。还有同时采用鳄鱼夹和板夹的夹持固定方法还具有夹持固定操作复杂、繁琐的缺陷，因此现有芯片焊盘电镀技术中，对半导体晶圆的夹持固定装置存在着较大的缺陷。同时现有技术中在对半导体晶圆的芯片焊盘进行沉积时无法进行选择性沉积，造成较为严重的贵金属浪费。
【发明内容】
[0003]本发明基于上述现有晶圆电镀工艺存在的问题，通过长期的创新试验研究，对这种传统的晶圆电镀工艺进行了创新改进，尤其是创新提出了半导体晶圆的电镀夹持装置和夹持方法，并创新了半导体晶圆上芯片焊盘的电镀形成工艺，通过引入不导电、耐腐蚀、不污染电镀液的绝缘衬板，把半导体晶圆方便而可靠地固定在绝缘衬板上，既能保证晶圆稳定不动地保持在流动的电镀液中，又能有效地稳定电镀工艺参数，同时还保证不需要电镀的晶圆背面不直接与电镀液接触，有效防止了晶圆背面的污染。另一方面本发明首创的电镀夹持装置还采用弹性导电金属丝来把电流从导电线接入到晶圆导电区并压住晶圆不动，不需要带鳄鱼夹的牙齿来固定晶圆，导电金属丝利用金属弹力来压住晶圆的导电区，既不会压裂晶圆，又能保证良好的导电接触。这种有弹力的导电金属丝，即可弯曲，又可伸缩，因此能很容易的接触到晶圆任何设定的导电区。同时这种导电金属丝可以是漆包线丝或镀光刻胶的丝，而且很容易在只需导电的部分，用机械或化学方法去掉表面漆层或光胶层，使之电性接触与晶圆，既能防止导电丝对电镀液的污染，又能实现电镀晶圆与外接导线的可靠电性连接，同时完全避免了鳄鱼夹使用中对非导电区光刻胶的损伤情况发生，使得电镀仅在设定的焊盘图案区域进行，大大提高了半导体晶圆芯片焊盘的电镀质量和电镀稳定性，并且能有效地延长电镀液的使用寿命。同时本发明基于此提出的对半导体晶圆芯片焊盘的电镀方法，能够高效、稳定地在设定图案区域形成芯片焊盘，大大提高了激光器半导体芯片的质量和市场克争力。
[0004]本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下:
一种半导体晶圆电镀夹持装置，包括:绝缘衬板9、弹性导电金属丝6和电极板8，所述绝缘衬板9上形成有半导体晶圆的安装凹槽10，所述弹性导电金属丝6的一端电性连接于所述电极板8，所述电极板8固定连接于所述绝缘衬板9，所述弹性导电金属丝6的另一端延伸至所述安装凹槽内，并能够将半导体晶圆弹性压紧在所述安装凹槽10内。
[0005]进一步的根据本发明所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述安装凹槽10为形成于绝缘衬板9 一侧表面上的方形凹槽或圆形凹槽，且安装凹槽的横向尺寸大于或等于半导体晶圆的横向尺寸，安装凹槽的纵向深度小于半导体晶圆的厚度，安装凹槽的边缘垂直于凹槽底面或者相对于凹槽底面向内倾斜设置。
[0006]进一步的根据本发明所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述安装凹槽的纵向深度为半导体晶圆厚度的90%，所述安装凹槽的边缘相对于凹槽底面形成70-90°间的倾角。
[0007]进一步的根据本发明所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中还包括有固定螺钉7，所述弹性导电金属丝连接电极板的一端弯折形成固定圈结构，所述固定螺钉7依次穿过所述电极板8、弹性导电金属丝一端的固定圈和所述绝缘衬板9，将所述弹性导电金属丝的一端固定于所述电极板8和绝缘衬板9之间，并同时实现弹性导电金属丝与电极板8间的电性连接以及电极板8与绝缘衬板9间的固定连接;所述弹性导电金属丝的中部弯折成利于产生弹性压紧力的弧形结构，所述弹性导电金属丝的另一端弯折形成能与半导体晶圆上的导电区电性接触的圆弧触点11。
[0008]进一步的根据本发明所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述弹性导电金属丝的直径处于0.5-3毫米之间，所述弹性导电金属丝连接电极板的一端在绝缘衬板平面内弯折成直径在1-4毫米的圆圈结构，所述弹性导电金属丝连接半导体晶圆的另一端在垂直于绝缘衬板表面的平面内向外弯折成直径在0.5-2毫米的半圆环，所述弹性导电金属丝的中部在垂直于绝缘衬板表面的平面内向内弯折成直径在30-60毫米的圆弧结构。
[0009]进一步的根据本发明所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述绝缘衬板9采用塑料、尼龙或聚四氟乙烯制作，厚度为3-10毫米;所述弹性导电金属丝采用钨丝、鉬丝或铜丝制作，或者所述弹性导电金属丝采用漆包线或表面涂敷一层光刻胶的金属线制作，且弹性导电金属丝6的两端头露出导电金属;所述电极板为铜板。
[0010]进一步的根据本发明所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述绝缘衬板9上并排开设有多个安装凹槽，且在所述绝缘衬板9上固定有多组弹性导电金属丝，每组弹性导电金属丝对应于一个安装凹槽，固定于所述绝缘衬板上的电极板为一个整体板或多个分别对应于各安装凹槽的个体板。
[0011]一种使用本发明所述半导体晶圆电镀夹持装置对半导体晶圆进行的电镀夹持方法，包括以下步骤:
步骤(I )、将绝缘衬板水平放置，并在绝缘衬板的凹槽底面或者待夹持的半导体晶圆背面涂上一层光刻胶；
步骤(2)、将半导体晶圆放入绝缘衬板的安装凹槽，并紧贴安装凹槽的下边缘放置；步骤(3)、将电极板固定连接于所述绝缘衬板，并使弹性导电金属丝的一端电性连接于所述电极板；
步骤(4)、将弹性导电金属丝的另一端压紧在半导体晶圆的导电区上，并与之电性连接；
步骤(5)、将夹持有半导体晶圆的绝缘衬板缓慢向竖直方向扶直，并实时调整弹性导电金属丝使其另一端始终压紧在半导体晶圆的导电区上。
[0012]—种半导体晶圆芯片焊盘的制作方法，包括以下步骤:
步骤一、在半导体晶圆上制作激光器芯片，每个激光器芯片上预留有芯片焊盘形成位置；
步骤二、采用溅射或蒸镀方法在半导体晶圆上覆盖一薄层导电金属层；
步骤三、在所述导电金属层上形成一层光刻胶；
步骤四、用带有焊盘图案的光刻板对步骤三形成的光刻胶进行曝光显影，将焊盘图案从光刻板转移到光刻胶上，使得导电金属层上对应于芯片焊盘形成位置处的光刻胶被去除，所述焊盘图案是与半导体晶圆上芯片焊盘形成位置相对应的图案；
步骤五、按照本发明所述的电镀夹持方法对