一种精确控制镀层厚度的电镀方法与流程

1.本发明涉及金属电极的电镀工艺技术领域，具体涉及一种精确控制镀层厚度的电镀方法。


背景技术：

2.电镀是电路板制造领域、mems制作领域、ic制造领域等常用的传统工艺，通常用于制作金属互联结构，实现元件之间、多层布线电路各层之间的电连接。
3.在多数应用领域中，对于电极厚度的均匀性要求很高，而现有的电镀工艺得到的电极厚度均匀性较差，在一些区域的电极厚度过大，在一些区域的电极厚度又过小，不能满足对于电极厚度均一性要求高的场景需求。


技术实现要素：

4.本技术实施例旨在提供一种精确控制镀层厚度的电镀方法，以解决现有技术中电镀方法得到的电极厚度分布不均匀的技术问题。
5.为解决上述问题，本技术一些实施例中提供一种精确控制镀层厚度的电镀方法，包括如下步骤：
6.在待镀基板上制作图形化种子层；
7.根据无图形种子层上电镀得到的电极厚度分布梯度，将待镀基板上的所述图形化种子层划分为至少两个独立区域，每一个独立区域对应于一个厚度区间的分布区域；
8.在所述待镀基板和所述图形化种子层上制作电镀掩膜图形；
9.在带有所述电镀掩膜图形和所述图形化种子层的所述待镀基板上的针对不同独立区域按顺序依次电镀金属层，形成金属电极。
10.本技术一些实施例中提供的精确控制镀层厚度的电镀方法，根据无图形种子层上电镀得到的电极厚度分布梯度，将待镀基板上的所述图形化种子层划分为至少两个独立区域，每一个独立区域对应于一个厚度区间的分布区域的步骤中，根据如下方法划分独立区域：
11.在无图形种子层上电镀得到电极后，得到电镀时种子层内电流密度分布，按照所述种子层内电流密度分布的梯度在所述基板上设置所述至少两个独立区域
12.本技术一些实施例中提供的精确控制镀层厚度的电镀方法，在带有所述电镀掩膜图形和所述图形化种子层的所述待镀基板上的针对不同独立区域按顺序依次电镀金属层，形成金属电极的步骤中：
13.不同的独立区域分别连接电镀阴极，不同的电镀阴极为独立区域供给的电流值不同。
14.本技术一些实施例中提供的精确控制镀层厚度的电镀方法，在带有所述电镀掩膜图形和所述图形化种子层的所述待镀基板上的针对不同独立区域按顺序依次电镀金属层，形成金属电极的步骤中：
15.将图形化种子层中被屏蔽的部分单独引出进行第一步电镀操作；
16.第一步电镀操作完成后，对图形化种子层中未被屏蔽的部分进行第二步电镀操作。
17.本技术一些实施例中提供的精确控制镀层厚度的电镀方法，根据无图形种子层上电镀得到的电极厚度分布梯度，将待镀基板上的所述图形化种子层划分为至少两个独立区域，每一个独立区域对应于一个厚度区间的分布区域的步骤中：
18.每一所述独立区域的形状为任意形状的封闭图形或半封闭图形，其中所述封闭图形包括但不限于矩形、圆形、梯形或三角形。
19.本技术一些实施例中提供的精确控制镀层厚度的电镀方法，所述图形化种子层的至少两个独立区域之间电绝缘。
20.本技术一些实施例中提供的精确控制镀层厚度的电镀方法，在所述待镀基板和所述图形化种子层上制作电镀掩膜图形的步骤中：
21.所述图形化种子层与所述电镀掩膜图形在厚度方向上具有不同投影。
22.本技术一些实施例中提供的精确控制镀层厚度的电镀方法，所述图形化种子层与所述电镀掩膜图形在厚度方向上具有不同投影包括：
23.所述电镀掩膜图形与所述图形化种子层的形状不重合且形状不互补。
24.本技术一些实施例中提供的精确控制镀层厚度的电镀方法，还包括如下步骤：
25.去除所述电镀掩膜图形；
26.去除未被电镀的金属层覆盖的图形化种子层。
27.本技术一些实施例中提供的精确控制镀层厚度的电镀方法，在带有所述电镀掩膜图形和所述图形化种子层的所述待镀基板上的针对不同独立区域按顺序依次电镀金属层，形成金属电极的步骤中：电镀金属层得到的金属连线的厚度和宽度之比大于2。
28.本技术提供的上述技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：根据无图形种子层上电镀得到的电极厚度分布梯度，将待镀基板上的图形化种子层划分为至少两个独立区域，在进行电镀时，能够针对不同独立区域分别进行电镀控制，从而使不同独立区域电镀得到的金属层的厚度满足需要，使最终得到的金属电极的不同区域的厚度得到精确控制。
附图说明
29.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
30.图1为本技术一个实施例所述精确控制镀层厚度的电镀方法的步骤流程图；
31.图2a
‑
图2e为本技术一个实施例所述精确控制镀层厚度的电镀方法执行过程中各个阶段的电镀件结构示意图；
32.图3a
‑
图3d为本技术一个实施例所述制作图形化种子层的执行过程中各个阶段的电镀件结构示意图；
33.图4a
‑
图4c为本技术另一个实施例所述制作图形化种子层的执行过程中各个阶段的电镀件结构示意图；
34.图5为本技术一个实施例所述精确控制镀层厚度的电镀方法制备得到的金属电极
的结构示意图；
35.图6为本技术另一个实施例所述精确控制镀层厚度的电镀方法制备得到的金属电极的结构示意图。
具体实施方式
36.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
38.本实施例提供一种精确控制镀层厚度的电镀方法，如图1和图2a
‑
2e所示，包括如下步骤：
39.步骤一：在待镀基板1上制作图形化种子层2。所述待镀基板1可以是包含功能元件或电路的基板，制作所述图形化种子层2的方法可以选择沉积的方式，如化学气相沉积方式。
40.步骤二：根据无图形种子层上电镀得到的电极厚度分布梯度，将待镀基板1上的所述图形化种子层2划分为至少两个独立区域，图2c中以区域a、区域b、区域c、区域d和区域e为例进行示例性说明，每一个独立区域对应于一个厚度区间的分布区域。因为独立区域的划分，是按照无图形种子层的电镀电极厚度分布结果进行划分的，所以实际形状与电镀电极厚度分布结果相关，利于以第一厚度值的电极分布区域作为区域a，以第二厚度值的电极分布区域作为区域b，这种情况下区域a也可以是环绕区域b外围的环状形状，优选每一所述独立区域的形状为任意形状的封闭图形或半封闭图形，其中所述封闭图形包括但不限于矩形、圆形、梯形或三角形，所以，图2c中的独立区域划分结果仅是事宜性的说明。
41.步骤三：在所述待镀基板1和所述图形化种子层2上制作电镀掩膜图形3。
42.步骤四：在带有所述电镀掩膜图形3和所述图形化种子层2的所述待镀基板1上的针对不同独立区域按顺序依次电镀金属层4，形成金属电极。因为不同独立区域对应的无图形种子层的电镀电极厚度不同，所以本方案中在针对不同独立区域进行电镀时，分别对不同独立区域的电镀条件进行控制，以使各个独立区域电镀后得到的金属电极的厚度满足实际要求。
43.以上步骤二中，可以通过如下方式划分独立区域：在无图形种子层上电镀得到电极后，得到电镀时种子层内电流密度分布，按照所述种子层内电流密度分布的梯度在所述基板上设置所述至少两个独立区域。种子层电流密度与电镀电极厚度具有一定的对应关系，因此可以采用检测种子层电流密度的方式确定电极厚度的分布情况。其中电极厚度梯度分布中，不同厚度梯度之间的差值可以依据经验值进行选择，根据应用场合对于电极厚
度均匀性的要求来划分梯度。
44.在一些方案中，步骤四可以通过如下方式来实现：不同的独立区域分别连接电镀阴极，不同的电镀阴极为独立区域供给的电流值不同。采用本方案，可以通过不同电镀阴极供给不同电流值，执行一次电镀的方式完成电镀过程。
45.在另一些方案中，步骤四可以通过如下方式来实现：将图形化种子层中被屏蔽的部分单独引出进行第一步电镀操作；第一步电镀操作完成后，对图形化种子层中未被屏蔽的部分进行第二步电镀操作。即，可以针对不同区域分别执行不同次数的电镀操作，这样能够使电度得到的金属电极厚度具有良好的均匀性。在一些方案中，执行分次电镀时可以采用相同大小的电镀电流，也可以采用不同大小的电镀电流。
46.如图3a
‑
图3d所示，在一些方案中，可以通过如下步骤在待镀基板1上制作图形化种子层2：
47.步骤a：在所述待镀基板1上沉积种子层21；所述种子层21的材料可以是钯、钛、镍、铜、金、银至少之一，或含有钯、钛、镍、铜、金、银至少之一的合金材料。沉积所述种子层21可以使用物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、化学镀等方法。
48.步骤b：在所述种子层21上制作种子层掩膜图形2a；可以使用光阻制作，也可以使用硬质掩膜材料制作。其中，所述光阻包括光刻胶和干膜光阻至少之一，所述硬质掩膜材料包括硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅至少之一。
49.步骤c：刻蚀带有所述种子层掩膜图形2a的所述种子层21，暴露出所述待镀基板1，在所述种子层掩膜图形2a覆盖区域的所述待镀基板1上保留所述种子层21，形成所述图形化种子层2。
50.如图4a
‑
图4c所示，在一些方案中，可以通过如下步骤在待镀基板1上制作图形化种子层2：
51.步骤d：在所述待镀基板1上制作种子层掩膜图形2b。可以使用光阻制作，也可以使用硬质掩膜材料制作。其中，所述光阻包括光刻胶和干膜光阻至少之一，所述硬质掩膜材料包括硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅至少之一。
52.步骤e：在带有所述种子层掩膜图形2b的所述待镀基板1上沉积种子层22。可以使用物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、化学镀等方法。种子层的材料可以是钯、钛、镍、铜、金、银至少之一，或含有钯、钛、镍、铜、金、银至少之一的合金材料。
53.步骤f：去掉所述种子层掩膜图形2b，暴露出所述待镀基板1，在无种子层掩膜图形2b覆盖的所述待镀基板区域保留所述种子层22，形成所述图形种子层2。
54.在一些实施例中，如图2d所示，所述图形化种子层2与所述电镀掩膜图形3在厚度方向上具有不同投影。进一步地，所述图形化种子层2与所述电镀掩膜图形3在厚度方向上具有不同投影包括：所述电镀掩膜图形3与所述图形化种子层2的形状不重合；并且，所述电镀掩膜图形3与所述图形化种子层2的形状不互补。
55.在一些方案中，优选金属层4的材料为钯、钛、镍、铜、金和银中的至少之一；或者，含有钯、钛、镍、铜、金和银中至少之一的合金材料。进一步优选地，所述金属层4与所述图形化种子层2的材料相同。
56.在一些方案中，所述图形化种子层的所述至少两个独立区域之间是电绝缘的。基于前述原理，根据种子层电流密度分布或电极厚度梯度分布的情况，将种子层划分为至少
两个电绝缘的独立区域。即，在已有的已镀基板的无图形的种子层上进行常规电镀工艺时，得到的电极厚度可以划分为几个等级，依据不同等级的将待镀基板1上的图形化种子层划分为不同类型的区域，不同区域的电镀条件分别进行设定，从而保证最后电镀得到的金属电极的厚度能够具有更好的均匀性。
57.优选地，在一些实施例中，所述的精确控制镀层厚度的电镀方法还可以包括如下步骤：
58.步骤四：去除图2e中所示结构中的所述电镀掩膜图形3，得到的结构如图5所示。
59.步骤五：去除图5中多余的图形化种子层，仅保留被金属层4覆盖的种子层23，得到金属电极的结构如图6所示。
60.采用本技术以上实施例中的方案，通过对待镀基板和种子层做修饰，能够调节最终得到的金属电极的厚度均匀性，从而使电极附近的种子层中的电流密度分布也具有均匀性。
61.在一些优选实施例中，步骤四中，电镀金属层得到的金属连线的厚度和宽度之比大于2。优选地，金属连线的厚度和宽度之比还可以大于3，甚至可以达到5或10等更大需求。本技术中，在所述待镀基板1和所述图形化种子层2上制作电镀掩膜图形3，所述电镀掩膜图形3的凹槽的深度和宽度的比值可以做到大于3或者更大，之后在所述电镀掩膜图形3的凹槽内填充金属材料，填充的厚度可以依据需求进行设定，使得到金属连线的厚度和宽度的比值达到要求。通过本方案得到的金属电极，最终能够实现整体厚度和宽度的比值大于2，甚至可以达到10或20，采用本技术制备得到的金属电极可极大提高光电子器件的带宽。
62.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。