CN105551956A - 用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，通过强酸环境中钯离子及还原剂与半导体材料和金属表面发生强氧化还原反应在半导体材料和金属表面置换出一层钯晶种，其后在钯化学镀液中通过镀液的自激发在钯晶种上持续沉淀钯金属，从而在半导体材料和金属表面获得一定厚度的钯金属层形成背面通孔金属化种子层。该方法与传统溅射金属种子层技术相比具有工艺简单、工艺质量好、成品率高、使用范围广、成本低等优点，具有良好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于半导体背面工艺技术领域，具体涉及一种用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法。
背景技术
背孔接地已经成为GaAsMMIC的标准工艺设计，它不仅降低了正面布线的压力，降低了电路损耗，还能为有源区散热提供帮助。目前世界主流GaAsMMIC工艺在背孔制备后，基本采用先溅射金属种子层后电镀金的金属化工艺模块设计，该技术经过多年的发展，已趋于成熟。溅射金属种子层技术是利用溅射台各项同性的金属化效果，将GaAs背面和通孔侧壁溅射上种子层金属。
但是在实际应用中，溅射金属的覆盖效果并不太理想，特别在深孔溅射方面，溅射金属覆盖性随背孔深度的增加而变差；此外在毛刺较多的孔壁上，金属层厚度很不均匀，被毛刺阻挡的区域金属常出现微断甚至断层，在后续的电镀过程中这些区域容易形成封泡或孔洞，电镀效果差，严重影响芯片质量以及可靠性。且采用溅射金属种子层技术靶材利用率低，工艺成本高。上述缺陷限制了溅射金属种子层技术的发展，使其难以得到进一步推广与应用。
化学镀技术是在无外加电源的作用下，利用同一溶液内的金属离子及还原剂，在具有催化活性的基体表面发生氧化还原反应，从而在基体表面化学沉积得到金属或合金镀层的一种表面处理技术。因为其不需要外加电源，操作方便、工艺简单、镀层均匀、孔隙率低和外观良好，在任何复杂表面均可获得均匀的镀层，使用范围广。
金属钯位于元素周期表的第五周期，具有优良的耐腐蚀性、低的接触电阻、可焊性、催化活性强、性能稳定等特性，价格相对低廉，镀液使用率高，工艺成本低。因此化学镀Pd技术用作背面通孔电镀种子与溅射金属金属种子层相比具有工艺质量好，成品率高、成本低等优势，越来越受业界人士的欢迎。
发明内容
发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种工艺质量可靠、工艺操作简单、使用范围广、成品率高、成本低，适合批量生产的用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法。
技术手段：为实现上述技术目的，本发明提出了半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，包括：
S1、备片：将半导体圆片与载体片键合后进行背面工艺步骤从而形成通孔，所述背面工艺依次包括减薄、抛光、背孔刻蚀及去胶；
S2、清洗：将步骤S1中得到的半导体圆片通过等离子体去胶、清洗，确保工艺前半导体圆片背面、孔底金属表面以及孔内半导体表面的干净；
S3、活化：将步骤S2得到的已清洗的半导体圆片浸泡钯活化液中活化，通过氧化还原反应在半导体材料和孔底金属表面置换出一层钯晶种；
S4、化学镀钯：将已活化的半导体圆片浸泡在钯化学镀液中进行化学镀，通过镀液的自激发在钯晶种上持续沉淀钯金属至目标厚度，完成电镀种子层的制作；
S5、背面通孔金属化：将已化学镀钯的半导体片进行背面电镀，利用孔底金属完成背面通孔金属化。
其中，所述化学镀钯使用的活化液为EEJA生产的MICROFABAC-2；所述化学镀钯使用的化学镀液为EEJA生产的MICROFABPD2000s。
优选地，所述半导体圆片的材料为砷化镓、硅、磷化铟中的任意一种；所述孔底金属为金、铂、钛、镍、银、铝、铜中的任意一种。
具体地，步骤S2中，等离子体去胶的条件为在氧气200～500sccm、氮气50～100sccm、功率200～400w的等离子体环境中去除残留胶膜去除残留胶膜；清洗的条件为通过酸碱清洗液去除半导体材料及金属表面氧化层。
优选地，所述酸液、碱液、双氧水溶液均为工业用EL级；所述酸液位质量分数36％～38％的浓盐酸、质量分数85％～87％的浓磷酸、质量分数96％～98％的浓硫酸、质量分数64％～66％浓硝酸的任意一种；所述碱液为质量分数26％浓氨水；所述双氧水质量分数26％～28％。
优选的半导体材料为砷化镓时，酸碱液优选氨水；半导体材料为硅时，酸碱液优选盐酸；半导体材料为磷化铟时，酸碱液优选磷酸。
优选地，所述酸碱清洗液的体积比为酸或碱液10％，双氧水5％，水85％；在上述酸碱清洗液中浸泡并超声清洗5min。
具体，所述步骤S3中活化的条件为：浸泡钯含量为30～50mg/L的强酸性活化液中反复提拉30-600s生长钯晶种，其中pH值为1.0～2.0、温度为20～30℃、溶液比重为1.1～1.7°Bé。
步骤S4中，所述化学镀的条件为：在所述钯化学镀液中反复提拉至钯沉淀到目标厚度，其中钯含量0.8～1.2g/L、pH值为7.3～7.9、温度为50～54℃、溶液比重为5.0～8.0°Bé、还原剂含量1.5～10g/L。
优选地，步骤S2、S3、S4中在处理时均需加入超声，超声频率100～200KHz。
有益效果：与现有技术相比，本发明的方法工艺简单、工艺质量好、成品率高、使用范围广、成本低，适合批量生产，具有广大的市场前景。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步解释，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为半导体圆片背孔刻蚀去胶后的背孔结构示意图；
图2为半导体圆片活化后的背孔结构示意图；
图3为半导体圆片化学镀后的背孔结构示意图；
图4为半导体圆片背面通孔金属化完成后的结构示意图；
如图所示：1、载体片；2半导体圆片；3、背面通孔；4、钯晶种层；5、钯金属化学镀层；6、背面电镀金属层。
具体实施方式
本发明提出了一种用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，通过强酸环境中钯离子及还原剂与半导体材料和金属表面发生强氧化还原反应在半导体材料和金属表面置换出一层钯晶种，其后在钯化学镀液中通过镀液的自激发在钯晶种上持续沉淀钯金属，从而在半导体材料和金属表面获得一定厚度的钯金属层形成背面通孔金属化种子层，然后将已化学镀钯的半导体片进行背面电镀，利用孔底金属完成背面通孔金属化。其中，本实施例中使用的化学镀钯使用的活化液为日本ElectroplatingEngineersofJapanLTD公司生产的MICROFABAC-2；化学镀钯使用的化学镀液为日本ElectroplatingEngineersofJapanLTD生产的MICROFABPD2000s。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
S1、将半导体圆片2(示例中为砷化镓，下同)与载体片1(示例中为蓝宝石，下同)键合后，依次通过减薄、抛光、背孔光刻、背孔刻蚀、刻蚀后去胶等背面工艺后形成通孔3，背孔尺寸与形状可根据工艺需求确定，如图1所示；
S2、将已做背面通孔的半导体圆片1在氧气500sccm，氮气100sccm，功率400w的等离子体环境中去除残留胶膜；
S3、将等离子体去胶后的圆片，浸泡在体积比为：氨水(质量浓度为26wt％～28wt％)10％、双氧水5％、水85％的清洗液中，150KHz频率超声5min，去除圆片表面及孔内金属的氧化层，露出干净的材料表面，后用去离子水冲洗5min，去除酸碱清洗液。
S4、将清洗后的圆片浸泡pH值为1.0～2.0、温度为20～30℃、钯含量为30～50mg/L、溶液比重为1.1～1.7°Bé的钯活化液中，150K频率超声5min，目的通过半导体材料和孔底金属与活化液中Pd离子发生强置换反应，在半导体材料和孔底金属表面均匀生成钯晶种层4。
S5、将活化后的圆片浸泡于钯含量0.8～1.2g/L、pH值为7.3～7.9、温度为50～54℃、溶液比重为5.0～8.0°Bé、沉淀速度0.01～1nm/s的钯化学镀液中，150K频率超声直至钯金属沉淀到200nm，目的在钯金属活化层4表面持续的自析出钯金属，形成钯金属化学镀层5。
S6、将化学镀后形成钯金属电镀种子层的圆片进行电镀金，完成背面通孔金属化。
经过以上步骤实现化学镀钯作为半导体背面通孔金属化种子层的制作，此方法不需要外加电源，操作方便、工艺简单、镀层均匀(均匀性低于5％)和外观良好；在复杂的材料表面也可获得均匀的镀层，适用范围更广；镀液使用率高、工艺成本低适合批量生产。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，其特征在于：所示方法包括以下步骤：
S1、备片：将半导体圆片与载体片键合后进行背面工艺步骤从而形成通孔，所述背面工艺依次包括减薄、抛光、背孔刻蚀及去胶；
S2、清洗：将步骤S1中得到的半导体圆片通过等离子体去胶、清洗，确保工艺前半导体圆片背面、孔底金属表面以及孔内半导体表面的干净；
S3、活化：将步骤S2得到的已清洗的半导体圆片浸泡于钯活化液中活化，通过氧化还原反应在半导体材料和孔底金属表面置换出一层钯晶种；
S4、化学镀钯：将已活化的半导体圆片浸泡在钯化学镀液中进行化学镀，通过镀液的自激发在钯晶种上持续沉淀钯金属至目标厚度，完成电镀种子层的制作；
S5、背面通孔金属化：将已化学镀钯的半导体片进行背面电镀，利用孔底金属完成背面通孔金属化。
2.根据权利1所述的用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，其特征在于，所述化学镀钯使用的活化液为日本ElectroplatingEngineersofJapanLTD公司生产的MICROFABAC-2；所述化学镀钯使用的化学镀液为日本ElectroplatingEngineersofJapanLTD生产的MICROFABPD2000s。
3.根据权利1所述的用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，其特征在于，所述半导体圆片的材料为砷化镓、硅、磷化铟中的任意一种；所述孔底金属为金、铂、钛、镍、银、铝、铜中的任意一种。
4.根据权利1所述的用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，其特征在于，步骤S2中，等离子体去胶的条件为在氧气200～500sccm、氮气50～100sccm、功率200～400w的等离子体环境中去除残留胶膜去除残留胶膜；清洗的条件为通过酸碱清洗液去除半导体材料及金属表面氧化层。
5.根据权利4所述的用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，其特征在于所述酸碱清洗液的体积比为酸液或碱液5％～30％、双氧水1％～30％、水40％～94％；清洗过程为在上述酸碱清洗液中浸泡并超声清洗0.5～20min，其中，所述酸液为36wt％～38wt％的浓盐酸、85wt％～87wt％的浓磷酸、96wt％～98wt％的浓硫酸、64wt％～66wt％浓硝酸的任意一种；所述碱液为26wt％浓氨水；所述双氧水26wt％～28wt％。
6.根据权利1所述的用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，其特征在于，所述步骤S3中活化的条件为：浸泡于钯活化液中反复提拉30～600s生长钯晶种，其中，所述钯活化液的钯含量为30～50mg/L，pH值为1.0～2.0，溶液比重为1.1～1.7°Bé，活化温度为20～30℃。
7.根据权利1所述的用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，其特征在于，步骤S4中，所述化学镀的条件为：在所述钯化学镀液中反复提拉至钯沉淀到目标厚度，其中，所述钯化学镀液的钯含量0.8～1.2g/L、pH值为7.3～7.9、温度为50～54℃、溶液比重为5.0～8.0°Bé。
8.根据权利1所述的用于半导体背面通孔金属化种子层的化学镀钯方法，其特征在于，步骤S2、S3、S4中在处理时均需加入超声，超声频率40～950KHz。
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