在芯片晶圆表面进行电镀的方法及其应用与流程

1.本发明涉及芯片制造的技术领域，具体而言，本发明涉及在芯片晶圆表面进行电镀的方法及其应用。


背景技术：

2.目前在芯片的生产过程中，电极的制备通常采用蒸镀和溅射的方式。由于金属薄膜蒸发自身的局限性，蒸发金的爬坡能力较弱，易在侧壁的位置处出现断线的风险从而导致芯片的老化性能不理想。而通过溅射的方式制备相同厚度的金层的消耗量远高于电镀（即水镀）的金消耗量。另外，在芯片制造的过程中，p电极蒸发金需经过via钝化层开窗，与p面cap层进行p电极欧姆接触；而正常光刻与刻蚀条件下做出的via钝化层开窗，nitride坡度约为70
°‑
80
°
，且可能出现一次断层导致整体形貌较差，极易致使该区域的蒸发金出现断裂的可能。


技术实现要素：

3.为此，本发明的目的在于提出一种在芯片晶圆表面进行电镀的方法及其应用。在保证良好的电镀金层外观的情形下，降低了制造电镀金层的成本，缩短了制造电镀金层的时间，同时还提高了电镀金层的强度，有效避免了蒸镀金属爬台断线的风险，增加了芯片的可靠性。
4.在本发明的一个方面，本发明提出了一种在芯片晶圆表面进行电镀的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：（1）在芯片晶圆表面依次溅射第一电镀种子层ti和第二电镀种子层au；（2）通过匀胶、曝光、显影，形成via开窗图形，以便将需要电镀的部分裸露出来，不需要电镀的部分被光刻胶覆盖；（3）在via开窗处进行电镀，以便形成电镀金层；（4）在所述电镀金层的表面溅射ti保护层；（5）通过金属剥离方法将所述光刻胶去除；（6）去除所述第二电镀种子层au；（7）去除所述第一电镀种子层ti和所述ti保护层。
5.根据本发明上述实施例的在芯片晶圆表面进行电镀的方法，一方面，通过采用电镀的方法，先在芯片晶圆表面依次溅射第一电镀种子层ti和第二电镀种子层au，然后光刻、电镀、去胶和电镀种子层腐蚀，由此制备得到最终的电镀金层；采用现有技术中溅射的方式制备相同厚度的金层的消耗量远高于采用本发明的电镀（即水镀）方法的金消耗量，使本发明方法制备相同厚度的金层的生产成本大大降低，使得芯片的生产过程更加可控；与现有技术中蒸发的方法相比，本发明的电镀的速率更快，镀相同厚度的金层需要更短时间，使制备时间大大缩减，能够大幅提高产线的流片进度，从而提高产能；与现有技术中蒸发的方法相比，电镀金在via钝化层开窗处的爬坡能力更好，且强度高，避免了金属爬坡断裂的情况
的出现，保证了芯片的性能。另一方面，在所述电镀金层的表面溅射一层ti保护层作为腐蚀保护层，当腐蚀第二电镀种子层au时，上述ti保护层可以有效避免电镀金层表面裸露在金腐蚀液中被腐蚀，从而避免电镀金层表面因腐蚀而形成亮点、花斑等外观缺陷，降低了后续封装工艺难度；当腐蚀第一电镀种子层ti时，上述ti保护层一同被去除，重新裸露出电镀金层。发明人发现，如果不在电镀金层的表面溅射一层ti保护层，则会造成当腐蚀第二电镀种子层au时，电镀金层也会被轻微腐蚀，从而导致电镀金层表面形成亮点、花斑等外观缺陷，影响电镀金层表面粗糙度、强度，大大增加了后续封装工艺难度。
6.另外，根据本发明上述实施例的在芯片晶圆表面进行电镀的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，在步骤（1）中，所述第一电镀种子层ti的厚度为500
å‑
1000
å
；所述第二电镀种子层au的厚度为1000
å‑
2000
å
。
7.在本发明的一些实施例中，在步骤（2）中，所述光刻胶的厚度为5μm
‑
15μm。
8.在本发明的一些实施例中，在步骤（3）中，所述电镀金层的厚度为2μm
‑
20μm，优选2
‑
5μm。
9.在本发明的一些实施例中，在步骤（3）中，所述电镀的速率为20
‑
60a/s。
10.在本发明的一些实施例中，在步骤（4）中，所述ti保护层的厚度为500
å‑
1000
å
。
11.在本发明的一些实施例中，步骤（5）的具体过程如下：将所述芯片晶圆的至少包括所述光刻胶的部分浸泡在nmp去胶液中10min
‑
20min，再经过剥金机高压吹扫。
12.在本发明的一些实施例中，步骤（6）的具体过程如下：将所述芯片晶圆的至少包括所述第二电镀种子层au的部分浸泡在ki腐蚀液中20s
‑
40s，以便腐蚀所述第二电镀种子层au。
13.在本发明的一些实施例中，步骤（7）的具体过程如下：将所述芯片晶圆的至少包括所述第一电镀种子层ti和所述ti保护层的部分浸泡在boe腐蚀液中40s
‑
80s，以便腐蚀所述第一电镀种子层ti和所述ti保护层。
14.在本发明的第二个方面，本发明提出了一种p电极或者n电极。根据本发明的实施例，所述p电极或者n电极是采用以上实施例所述的方法制备得到的。由此，在保证良好的p电极或者n电极外观的情形下，降低了制造p电极或者n电极的成本，缩短了制造p电极或者n电极的时间，同时还有效避免了蒸镀金属爬台断线的风险，增加了芯片的可靠性。
15.在本发明的第三个方面，本发明提出了一种芯片。根据本发明的实施例，所述芯片包括以上实施例所述的p电极和/或n电极。由此，在保证良好的芯片外观的情形下，降低了制造芯片的成本，缩短了制造芯片的时间，同时还有效避免了蒸镀金属爬台断线的风险，增加了芯片的可靠性。
16.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
17.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的在芯片晶圆表面进行电镀的方法的流程示意图。
18.图2为不制备ti保护层的流程示意图。
具体实施方式
19.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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发明的限制。
21.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个、四个、五个、六个等，除非另有明确具体的限定。
22.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
24.在本发明的一个方面，本发明提出了一种在芯片晶圆表面进行电镀的方法，根据本发明的实施例，所述方法包括：s100：在芯片晶圆表面依次溅射第一电镀种子层ti和第二电镀种子层au在该步骤中，参考附图1，在芯片晶圆1的表面依次溅射第一电镀种子层ti 2和第二电镀种子层au 3，其中第一电镀种子层ti 2和第二电镀种子层au 3在电镀中的作用是电镀种子层。ti作为第一层电镀种子层主要原因是金属ti粘附性较好，使用第一电镀种子层ti介于晶圆表层与第二电镀种子层au之间，提高了金电极的附着力；另外，ti金属的结构较稳定，如果金直接溅射在晶圆表层，后续高温工艺时，金会渗透进晶圆，影响产品结构，通过在晶圆表层与第二电镀种子层au之间设置第一电镀种子层ti解决了上述问题。au作为第二层电镀种子层主要原因是au的导电性能高，在au种子层上电镀出的电镀金形貌、质量较好、结构更细腻，电镀速率更高。
25.根据本发明的一个具体实施例，所述第一电镀种子层ti 2的厚度为500
å‑
1000
å
，所述第二电镀种子层au 3的厚度为1000
å‑
2000
å
。发明人发现，如果第一电镀种子层ti 2的厚度过小，会造成无法有效起到隔绝金的效果，au可能会透过ti层渗透进晶圆，如果第一电
镀种子层ti 2的厚度过大，首先浪费ti资源，其次延长了ti腐蚀的时间，导致电镀金undercut过大（undercut解释：ti腐蚀时，腐蚀液钻进电镀金下层，腐蚀电镀金下层的ti，这个ti的腐蚀量称为undercut）；如果第二电镀种子层au 3的厚度过小，会造成过薄的金层在晶圆表面可能不连贯，影响电镀效果，如果第二电镀种子层au 3的厚度过大，首先浪费au资源，电镀种子层au为溅射金，相较电镀金昂贵很多；其次增加电镀种子层au腐蚀的时间，导致电镀金undercut过大。
26.s200：通过匀胶、曝光、显影，形成via开窗图形在该步骤中，参考附图1，通过匀胶、曝光、显影，形成特定的via开窗图形，以便将需要电镀的部分裸露出来，不需要电镀的部分被光刻胶4覆盖，由此方便在上述via开窗处电镀。
27.根据本发明的再一个具体实施例，所述光刻胶4的厚度为5μm
‑
15μm，由此，将上述光刻胶4的厚度限定在上述范围内，进一步方便在上述via开窗处电镀。
28.需要说明的是，上述匀胶、曝光、显影属于本领域的常规技术，在此不再赘述，也不作具体的限制，只要能形成特定的开窗图形即可。
29.s300：在via开窗处进行电镀在该步骤中，参考附图1，在via开窗处进行电镀，以便形成电镀金层5。采用现有技术中溅射的方式制备相同厚度的金层的消耗量远高于采用本发明的电镀（即水镀）方法的金消耗量，使本发明方法制备相同厚度的金层的生产成本大大降低，使得芯片的生产过程更加可控；与现有技术中蒸发的方法相比，本发明的电镀的速率更快，镀相同厚度的金层需要更短时间，使制备时间大大缩减，能够大幅提高产线的流片进度，从而提高产能；与现有技术中蒸发的方法相比，电镀金在via钝化层开窗处的爬坡能力更好，避免了金属爬坡断裂的情况的出现，保证了芯片的性能。
30.根据本发明的又一个具体实施例，所述电镀金层5的厚度为2μm
‑
20μm，优选2
‑
5μm。发明人发现，如果所述电镀金层5的厚度过小，会造成在后续测试、打线封装工艺中容易扎破电极，如果所述电镀金层5的厚度过大，首先增加电镀金资源的消耗，其次电极过高，电极强度会降低，后续测试或封装工艺中会损伤电极。
31.根据本发明的又一个具体实施例，所述电镀的速率为20
‑
60a/s，由此，将电镀的速率限定在上述范围内，既能保证电镀金层5的质量，又缩短了制造电镀金层5的时间；发明人发现，如果电镀的速率过小，会导致制造电镀金层5的时间过长，如果电镀的速率过大，会导致电镀金层5的质量不好。
32.s400：在所述电镀金层的表面溅射ti保护层在该步骤中，参考附图1，在所述电镀金层5的表面溅射ti保护层6，作为腐蚀保护层，当腐蚀第二电镀种子层au 3时，上述ti保护层6可以有效避免电镀金层5表面裸露在金腐蚀液中被腐蚀，从而避免电镀金层5表面因腐蚀而形成亮点、花斑等外观缺陷，降低了后续封装工艺难度；当腐蚀第一电镀种子层ti 2时，上述ti保护层6一同被去除，重新裸露出电镀金层5。
33.根据本发明的又一个具体实施例，所述ti保护层6的厚度为500
å‑
1000
å
，由此，将ti保护层6的厚度限定在上述范围内，既能在腐蚀第二电镀种子层au 3时，作为腐蚀保护层，有效避免电镀金层5表面裸露在金腐蚀液中被腐蚀，从而避免电镀金层5表面因腐蚀而
形成亮点、花斑等外观缺陷，增加后续封装工艺难度，又能避免因ti保护层6的厚度过大而导致的undercut过大以及增加剥金去胶的难度的问题。发明人发现，如果所述ti保护层6的厚度过小，会造成在腐蚀第二电镀种子层au 3时，不能有效避免电镀金层5表面裸露在金腐蚀液中被腐蚀；如果所述ti保护层6的厚度过大，首先，会造成延长ti腐蚀的时间，造成undercut过大，其次ti保护层的厚度过大，导致去胶液更难渗透进光刻胶中，增加剥金去胶的难度。
34.发明人发现，如果不在电镀金层5的表面溅射一层ti保护层6，则会造成当腐蚀第二电镀种子层au 3时，电镀金层5也会被轻微腐蚀，从而导致电镀金层5表面形成亮点、花斑等外观缺陷，影响电镀金层5表面粗糙度、强度，大大增加了后续封装工艺难度。参考附图2，如果不在电镀金层5的表面溅射一层ti保护层6，此时的电镀工艺包含电镀种子层沉积、光刻、电镀、去胶和两层电镀种子层腐蚀，在电镀种子层腐蚀时，电镀金也会被轻微腐蚀，电镀金经电镀种子层腐蚀后表面凹凸不平，电镀金表面往往会形成亮点、花斑等外观缺陷，影响电镀金表面粗糙度、强度，大大增加了后续封装工艺难度。
35.s500：通过金属剥离方法将所述光刻胶去除在该步骤中，参考附图1，通过金属剥离方法将所述光刻胶4去除。
36.根据本发明的又一个具体实施例，s500的具体过程如下：将所述芯片晶圆1的至少包括所述光刻胶4的部分浸泡在nmp去胶液中10min
‑
20min，使所述光刻胶4软化或部分腐蚀，此时很薄的ti保护层6失去依附，再经过剥金机高压吹扫，将软化的光刻胶4或者残留的光刻胶4以及失去依附的ti保护层6去除干净。
37.需要说明的是，光刻胶4表面的ti保护层6并不是完全紧密地设置在光刻胶4上，另外光刻胶4一般是倒台的（例如倒梯形），光刻胶4角落里是有些空洞的，因此nmp去胶液是可以渗透进来去胶的。
38.根据本发明的又一个具体实施例，上述nmp去胶液的主要成分是n
‑
甲基吡咯烷酮，质量百分浓度>99.9%，由此，进一步较好的软化、腐蚀光刻胶4。
39.s600：去除所述第二电镀种子层au在该步骤中，参考附图1，去除所述第二电镀种子层au 3，而电镀金层5被其上的ti保护层6保护着，不会被腐蚀。
40.根据本发明的又一个具体实施例，s600的具体过程如下：将所述芯片晶圆1的至少包括所述第二电镀种子层au 3的部分浸泡在ki腐蚀液中20s
‑
40s，以便腐蚀所述第二电镀种子层au 3。
41.根据本发明的又一个具体实施例，上述ki腐蚀液中的ki质量百分浓度为20%
‑
40%，由此，进一步有效去除所述第二电镀种子层au 3。
42.s700：去除所述第一电镀种子层ti 和所述ti保护层在该步骤中，参考附图1，去除所述第一电镀种子层ti 2和所述ti保护层6，此时就制备得到了电镀金层5。
43.根据本发明的又一个具体实施例，s700的具体过程如下：将所述芯片晶圆1的至少包括所述第一电镀种子层ti 2和所述ti保护层6的部分浸泡在boe腐蚀液中40s
‑
80s，以便腐蚀所述第一电镀种子层ti 2和所述ti保护层6。
44.根据本发明的又一个具体实施例，上述boe腐蚀液的主要成分是hf：nh4f：h2o2=1:
5:10混合液，由此，进一步更好地腐蚀所述第一电镀种子层ti 2和所述ti保护层6。
45.根据本发明上述实施例的在芯片晶圆表面进行电镀的方法，一方面，通过采用电镀的方法，先在芯片晶圆表面依次溅射第一电镀种子层ti 2和第二电镀种子层au 3，然后光刻、电镀、去胶和电镀种子层腐蚀，由此制备得到最终的电镀金层；采用现有技术中溅射的方式制备相同厚度的金层的消耗量远高于采用本发明的电镀（即水镀）方法的金消耗量，使本发明方法制备相同厚度的金层的生产成本大大降低，使得芯片的生产过程更加可控；与现有技术中蒸发的方法相比，本发明的电镀的速率更快，镀相同厚度的金层需要更短时间，使制备时间大大缩减，能够大幅提高产线的流片进度，从而提高产能；与现有技术中蒸发的方法相比，电镀金在via钝化层开窗处的爬坡能力更好，避免了金属爬坡断裂的情况的出现，保证了芯片的性能。另一方面，在所述电镀金层的表面溅射一层ti保护层作为腐蚀保护层，当腐蚀第二电镀种子层au时，上述ti保护层可以有效避免电镀金层表面裸露在金腐蚀液中被腐蚀，从而避免电镀金层表面因腐蚀而形成亮点、花斑等外观缺陷，降低了后续封装工艺难度；当腐蚀第一电镀种子层ti时，上述ti保护层一同被去除，重新裸露出电镀金层。发明人发现，如果不在电镀金层的表面溅射一层ti保护层，则会造成当腐蚀第二电镀种子层au时，电镀金层也会被轻微腐蚀，从而导致电镀金层表面形成亮点、花斑等外观缺陷，影响电镀金层表面粗糙度、强度，大大增加了后续封装工艺难度。
46.在本发明的第二个方面，本发明提出了一种p电极或者n电极。根据本发明的实施例，所述p电极或者n电极是采用以上实施例所述的方法制备得到的。由此，在保证良好的p电极或者n电极外观的情形下，降低了制造p电极或者n电极的成本，缩短了制造p电极或者n电极的时间，同时还有效避免了蒸镀金属爬台断线的风险，增加了芯片的可靠性。
47.在本发明的第三个方面，本发明提出了一种芯片。根据本发明的实施例，所述芯片包括以上实施例所述的p电极和/或n电极。由此，在保证良好的芯片外观的情形下，降低了制造芯片的成本，缩短了制造芯片的时间，同时还有效避免了蒸镀金属爬台断线的风险，增加了芯片的可靠性。
48.下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。
49.实施例1本实施例提供一种制备vcsel芯片的p电极的方法，包括：1）在芯片晶圆表面依次溅射第一电镀种子层ti和第二电镀种子层au，其中第一电镀种子层ti的厚度为700
å
，第二电镀种子层au的厚度为1500
å
。
50.2）通过匀胶、曝光、显影等一系列工艺，形成特定的开窗图形，将需要电镀金的部分裸露出来，不需要电镀金的部分被光刻胶覆盖。匀胶后，通过两次分区曝光制备电镀的图形，第一次曝光最外圈shot以内的区域，第二次曝光区域为最外圈的一圈shot，第一次曝光600mj的能量，第二次曝光采用500mj的能量；通过烘烤，除去光刻胶中剩余的溶剂，使分布光刻后光刻胶的侧壁形貌呈现倒梯形（这样电镀后的电镀金层侧壁的角度将会呈现正梯形，方便后续电镀金上沉积介质膜），光刻做完后需采用一定功率的o
2 plasma设备，将事先制备完成的光刻胶进行氧处理，去除可能存在的光刻胶底膜和残留的hmds，同时使得光刻
胶的表面变得更加粗糙，增强wafer表面的亲水性。制备的光刻胶的厚度为11μm。
51.3）在开窗区域进行电镀，电镀的速率为40a/s，所述电镀金层的厚度为3μm。
52.4）电镀完成后，在电镀金层的表面直接带胶溅射一层ti保护层，厚度为700
å
。
53.5）通过金属剥离技术去胶：浸泡去胶液（主要成分为nmp，质量百分浓度为>99.9%）15min，再经过剥金机高压吹扫，将软化的光刻胶或者残留的光刻胶以及失去依附的ti保护层去除干净。
54.6）浸泡在ki腐蚀液（质量百分浓度为30%）中，去除电镀种子层au，此次电镀金被ti保护层覆盖，不会被腐蚀。
55.7）浸泡在boe腐蚀液（hf：nh4f：h2o2=1:5:10混合液）去除电镀种子层ti，测试电镀金上的ti保护层一同被去除，最终实现电镀金完好无损，由此制备得到p电极。
56.本实施例的电镀方法制备的电镀金在via钝化层开窗处的爬坡能力较好，使p电极在钝化层斜坡上的爬坡能力大大提升，有效避免了p电极蒸发金在该区域断裂的可能，从而保证了芯片的性能。另外，在保证良好的p电极外观的情形下，降低了制造p电极的成本，缩短了制造p电极的时间。
57.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
58.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。