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_3

文档序号:9839075阅读:来源:国知局
上端的弯折圈和绝缘衬板9后螺纹连接于固定螺母,从而将弹性导电金属丝6的上端固定于电极板8和绝缘衬板9之间,同时实现了电极板8和绝缘衬板9之间的固定连接,且弹性导电金属丝6电性连接于电极板8。所述弹性导电金属丝6采用漆包线或表面涂敷一层光刻胶的金属线,在弹性导电金属丝6的上下两端头的导电部分采用化学法或机械法除去表面的绝缘漆或光胶,优选方法是把须导电的金属丝的两端头浸入丙酮中1-2分钟,把绝缘漆或光刻胶溶解,然后用小刀片轻微刮擦导电金属丝表面,暴露出新鲜的导电金属。这样弹性导电金属丝6上端的绝缘漆或光胶被去除形成为导电部分,并弯折固定于电极板8和绝缘衬板9,实现了弹性导电金属丝6和电极板8之间的电性连接,在电镀中所述固定螺钉7和电极板8高于电镀液14的液面,没有同电镀液14接触。所述的电极板优选的为铜板,连接于电镀电源的阴极。这样在绝缘衬板9的表面平行的布置有两条弹性导电金属丝6。弹性导电金属丝6的下端抵接于半导体晶圆的导电区,首先弹性导电金属丝6的下端也是用化学法或机械法除去绝缘漆或光胶,露出新鲜的导电金属,同时为了防止弹性导电金属丝6下端面的锐利毛刺对晶圆芯片的损伤,弹性导电金属丝6的下端头如附图6所示的向外弯曲,并形成圆弧触点11,圆弧触点所在的部位露出导电金属,利用圆弧触点与晶圆的导电区接触,保证导电金属丝以圆点方式与晶圆导电区接触,避免了对晶圆导电区的划伤。每根所述弹性导电金属丝6如上所述的具有三种弧形弯折结构,上端在绝缘衬板平面内弯折成供固定螺钉穿过的圆圈结构,中部在垂直于绝缘衬板表面的平面内向内弯折成用于产生弹性压紧力的弧形结构,下端在垂直于绝缘衬板表面的平面内向外弯折形成与晶圆导电区电性接触的圆弧触点11。所述弹性导电金属丝6优选采用Imm直径的W丝,长度为60mm,金属丝上端在绝缘衬板平面内弯成3mm直径左右的圆圈,下端在垂直绝缘衬板平面内向外弯成Imm直径左右的半圆环,整个金属丝弯成40-50mm直径左右的弧形结构。二根如此制成的导电金属W丝用3mm的固定螺钉7与电极板8—道固定在绝缘衬板9的螺纹孔上。
[0019]在半导体晶圆芯片焊盘的电镀过程中使用本发明所述电镀夹持装置对晶圆进行夹持操作时,首先将绝缘衬板平放在桌面上,把处理好的半导体晶圆卡嵌放置在绝缘衬板的安装凹槽里,然后在弹性导电金属丝6的两端露出导电金属,并将弹性导电金属丝6的上端固定于电极板8和绝缘衬板9之间,在半导体晶圆边缘处设定好导电区后,逐步倾斜绝缘衬板使晶圆落在绝缘衬板的安装凹槽的下边缘上,直至绝缘衬板竖直放置,然后调整弹性导电金属丝6,把弹性导电金属丝6下端的圆弧触点压在晶圆的导电区上,并调整弹性导电金属丝6的弧形结构使其压紧半导体晶圆,从而将半导体晶圆牢固的夹持于绝缘衬板9上,最后将绝缘衬板放置于电解槽内,并使电解液浸没半导体晶圆,将电极板连接于电镀电源。
[0020]在实际应用中,为了提高电镀效率,可以同时对几片晶圆I进行电镀,为此可以增加绝缘衬板9的尺寸,并在绝缘衬板9上同时开有多个安装凹槽,多个安装凹槽的排列可以是线性排列或者圆周排列或其他不限于线性/圆周的排列方式,同时在绝缘衬板9上固定多组弹性导电金属丝,每组弹性导电金属丝的长短可不一,以便于压到各个远近不一的晶圆I上为准,连接电镀电源和导电金属丝的电极板也可以是一个整体或多块个体,这样可以在一个绝缘衬板上对多片晶圆I同时进行电镀。当然亦可采用多个单独如图3-4所示的电镀夹持装置,多个绝缘衬板可以沿电镀液流动方向顺序排列或平行排列,所述阳极网可以共用,也可以与对应的绝缘衬板分开使用,来对多片晶圆同时进行电镀。这些变换都属于本发明的保护范畴。
[0021]下面进一步具体给出本发明创新提出的半导体晶圆芯片焊盘的电镀工艺,尤其是使用本发明创新提出的电镀夹持装置进行的电镀工艺过程。首先描述整个电镀工艺的基本原理过程,最后给出具体的方法步骤。
[0022]半导体激光器芯片作为当前广泛使用的光通信关键元器件,其制作过程在不断的优化发展中,本发明正是基于长期的创新试验研究,提出一种全新结构的半导体激光器晶圆电镀工艺,大大改善了半导体激光器芯片的综合性能。半导体晶圆I作为整个半导体激光器芯片的形成衬底,优选采用II1-V族化合物单晶,单晶里掺有N-型杂质S或Si,杂质浓度〉lxl018/cm3,衬底晶面为(100)方向,表面抛光。采用现有常用的芯片制作工艺,如光刻、湿法腐蚀、化学气相沉积、干法刻蚀、清洗、快速退火、减薄等工艺,在衬底晶面表面上形成激光器芯片图形,每个激光器芯片上预留芯片焊盘2,所述芯片焊盘2的形状可以是圆形、方形或其他形状。所述芯片焊盘2的厚度在0.5微米-5微米之间,优选厚度为3微米,所述芯片焊盘可采用导电性能良好的金(Au)、铜(Cu)、或铝(Al)制作,优选金Au。芯片焊盘的现有形成方法是采用溅射或蒸镀工艺,溅射和蒸镀沉积金属没有选择性,是无差别沉积,因此浪费大,而且需要增加金属剥离工艺,特别是当沉积金属厚度大于I微米后,剥离相当困难,需要用特殊光刻胶,价格昂贵。另外溅射和蒸镀沉积速率低,分别为5-10埃(A)/秒(s)和30-50埃(A)/秒(S),影响生产效率,同时溅射和蒸镀设备投资成本高。本发明创新的采用电镀工艺在半导体晶圆的激光器芯片上形成芯片焊盘,电镀沉积具有金属沉积速率高(达100-500A/s)、设备投资少、并可与光刻工艺结合以实现芯片焊盘选择性沉积等独特优点,沉积过程中对贵金属的浪费少,且不需要金属剥离工艺,属于厚度在I微米以上的芯片焊盘首选的沉积工艺,本发明的重要创新之一即提出采用电镀工艺来在半导体晶圆上形成芯片焊盘。所述芯片焊盘2在电镀沉积之前,须预先采用溅射或蒸镀法在整个晶圆表面沉积一导电金属层3,所述导电金属层3电性连接于半导体晶圆上激光器芯片的电极,所述的导电金属层3的材料可以是单层金属Au或Cu,也可以是双层金属Cr (络)/Au,Ti (钛)/Au,或Cr/Cu,Ti/Cu,优选金属材料为单层Au,其厚度为lOO-lOOOA,优选500A。然后在所述导电金属层3上面涂覆一层光刻胶4,优选采用美国MicroChem公司的LOR-A光刻胶4,光刻胶4的厚度优选10微米,(其他公司的5-10微米厚的光刻胶都可以用)。接着用有焊盘图形的光刻版对晶圆上的光刻胶4进行曝光显影,把焊盘图形从光刻版转移到晶圆上,通过显影后使得晶圆的焊盘位置不存在光刻胶,所述的焊盘图形是根据晶圆上需要形成芯片焊盘的位置形成的图案,在半导体晶圆上各激光器芯片的电极位置是需要形成芯片焊盘的位置。如此处理后的半导体晶圆进一步放在本发明所述的绝缘衬板9上,具体的先将绝缘衬板9水平放置,用毛刷蘸上光刻胶在绝缘衬板表面或晶圆背面涂上一层光刻胶以防止晶圆背面与电镀液接触,然后将所述半导体晶圆I放进绝缘衬板的安装凹槽里,并紧贴安装凹槽下沿放置,然后同绝缘衬板平放在桌上,采用化学或机械的方法,在晶圆上部没有芯片的边缘处的光刻胶上开2-3个孔,作为导电区5,优选晶圆光刻胶上开孔方法采用尖细棉签,蘸上少许丙酮,然后在所需开孔区域擦除表面上的光刻胶,完后用刀片轻微刮擦开孔区,使开孔区露出新鲜薄层导电金属层3。然后调整一端固定在绝缘衬板9上的弹性导电金属丝6,使导电金属丝的另一端压在晶圆的导电区5上,导电金属丝6的两端头提前以用化学法或机械法除去表面绝缘漆或光胶,且另一端通过圆弧触点压在晶圆导电区上。所述弹性导电金属丝6的一端与电极板一道用螺钉固定在绝缘衬板9上,电极板与电镀电源相连。电镀电源须是直流或脉冲直流电源,输出电压12伏,电流ImA?2A可调,并有定时功能。采用本发明创新设计的夹持固定装置将半导体晶圆夹持好后,放入电镀杯的电镀液中进行电镀,将电极板8连接于电镀电源的阴极,同时在电镀杯中放入阳极网12,并采用阳极网固定夹15固定,然后将阳极网固定夹15电性连接于电镀电源的阳极,开启电源开始电镀,如附图7所示,电镀电源中的电子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位置,由于芯片焊盘位置的光刻胶被去除,所以电子从芯片焊盘处进入电镀液,并汇聚到电镀液中的阳极网12处,并经阳极网12回到电镀电源的阳极,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则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,并与下方的导电金属层形成为一体,这样通过电镀在光刻胶4被显影去除的位置形成芯片焊盘2,如附图8所示。所述电镀液选用常规的电镀镀铜液或电镀镀金液,优选镀金液,电镀液14倒入电镀槽或电镀杯13中,液面高度以没过晶圆为准,并高出晶圆1-2厘米。电镀槽或电镀杯应具有加热和搅拌功能,加热温度依据电镀液的要求而定,如镀金液,电镀液温度控制在40-50°C;电镀液的搅拌可以采用磁转子、溢流槽、或鼓氮气泡等方法,采用磁转子时,要求磁转子的转速为300-400转/分钟。电镀过程中,电镀电流和电镀时间的设定依据电镀面积和电镀厚度,并根据电镀液推荐的电镀沉积速率计算出来。对于2英寸的晶圆,0.25x0.25mm的芯片尺寸,优选的电镀金工艺的电镀参数为:IA电流,10-15分钟电镀时间,焊盘电镀沉积的厚度可达3-4微米。最后在电镀结束后,关闭电源,并利用电镀夹持装置将所述半导体晶圆从电镀液中垂直取出,并在去
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