CN115029750A - 一种半导体材料电镀金工艺方法 - Google Patents

一种半导体材料电镀金工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种半导体材料电镀金工艺方法，包括以下步骤：前期处理：在晶圆上镀钛铂金作为电镀的导电层，晶圆边缘一圈去边带有金；表面处理：涂布光刻胶，利用光刻版曝光显影出需要电镀的图形，并且晶圆边缘一圈去边，形成一圈无金的边；然后进行坚膜，打胶；将晶圆浸泡入浸润槽的表面处理液中，使晶圆表面湿润；将晶圆浸泡入电镀槽的金液中，当炉内温度达到设定温度后，对晶圆进行电镀金处理；金液成分为：Au：8~15 g/L；Tl：26~35 mg/L；亚硫酸根离子：30~90 g/L；硫酸根离子：5~80 g/L；电镀金处理后，在清洗槽中对晶圆进行冲洗，然后取出晶圆，完成电镀金。该方法不仅镀膜厚度可达到2um，镀膜效果好，而且操作简单，节约成本。

Description

一种半导体材料电镀金工艺方法
技术领域
本发明属于半导体生产技术领域，具体涉及一种半导体材料电镀金工艺方法。
背景技术
半导体/光通讯行业的高速激光器多采用物理性蒸镀技术镀金，但是蒸镀金技术的金耗用量很大，难以镀膜到2um厚的金属，一般只有0.8um，不仅无法满足高速激光器的产品需求，而且回收折损多，资金成本高，抽真空作业时间长，操作过程人工成本高。
此外，蒸镀摇摆过程，通常脊上左右两边无法镀上等量的金，形貌不对称，并且光刻工艺后，若undercut偏小容易出现金属卷边异常。
而开发电镀工艺，利用电解原理在某些金属表面上镀上一层薄金属或合金的过程，是指借助外界直流电的作用，使金属器件附着上金，可以避免蒸镀不均匀带来的问题，并且能镀上2~3um厚的金满足产品需求，并且操作简单，成本低廉。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体材料电镀金工艺方法，该方法不仅镀膜厚度可达到2um，镀膜效果好，而且操作简单，节约成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种半导体材料电镀金工艺方法，包括以下步骤：
（1）前期处理：在晶圆上镀钛铂金作为电镀的导电层，以使后续电镀过程接触良好，晶圆在镀钛铂金前的光刻时对边缘进行去边；
（2）表面处理：在晶圆表面涂布光刻胶，利用光刻版曝光显影出需要电镀的图形，光刻时晶圆边缘一圈进行去边，以使电镀过程接触良好；然后进行坚膜，打胶；
（3）将步骤（2）处理后得到的晶圆浸泡入浸润槽的表面处理液中，使晶圆表面湿润，以协助后续还原镀金制程；
（4）将步骤（3）处理后得到的晶圆浸泡入电镀槽的金液中，当炉内温度达到设定温度后，以设定的电压和电流对晶圆进行电镀金处理；
其中，金液成分为：Au：8~15 g/L；Tl：26~35 mg/L；亚硫酸根离子：30~90 g/L；硫酸根离子：5~80 g/L；
（5）电镀金处理后，在清洗槽中对晶圆进行冲洗，然后取出晶圆，完成电镀金。
进一步地，所述步骤（1）中，金厚度为800~1200Å。
进一步地，所述步骤（4）中，当炉内温度达到50±0.1℃后，在电流0.02~0.04A，电压0.4~0.8V下对晶圆进行电镀金处理。
进一步地，在步骤（4）的电镀金过程中，控制金液的pH值为7.6~8.2。
进一步地，在步骤（4）的电镀金过程中，控制电流密度为0.5～1.0A/dm2。
进一步地，采用铂金钛网作为电镀金阳极，采用INP衬底片作为电镀金阴极。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该方法基于亚硫酸盐镀金体系实现，镀膜均匀，镀层细致光亮，孔隙少，金厚度可以达到2um以上，从而满足高速激光器的产品需求。此外，该方法剥离工艺简单，不会出现卷边、金丝剥离不干净等情况，操作简单，金耗低，节约了生产成本。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的电镀金原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本实施例提供了一种半导体材料电镀金工艺方法，该方法基于电解原理，借助外界直流电的作用，使晶圆附着上一层金膜，可以避免蒸镀不均匀带来的问题，并且能镀上2~3um厚的金膜，以满足产品需求。本方法采用铂金钛网作为电镀金阳极，采用INP衬底片作为电镀金阴极，当电源加在铂金钛网（阳极）和INP衬底片（阴极）之间时，溶液产生电流，并形成电场。阳极发生氧化反应释放电子，同时阴极得电子发生还原反应。阴极附近的络合态金离子与电子结合，以金原子的形式沉积在晶圆表面。镀液中的络合态金离子在外加电场的作用，向阴极定向移动并补充阴极附近的浓度消耗。图1是本实施例中垂直挂镀的示意图。
本实施例提供的半导体材料电镀金工艺方法，包括以下步骤：
（1）前期处理：在晶圆上镀钛铂金作为电镀的导电层，以使后续电镀过程接触良好，晶圆边缘一圈去边带有金。
（1）前期处理：在晶圆上涂布光刻胶并进行光刻处理，光刻时对边缘进行去边。然后在晶圆上镀钛铂金作为电镀的导电层，以使后续电镀过程接触良好。钛铂金的金厚度为800~1200Å。
（2）表面处理：在晶圆表面涂布光刻胶，利用光刻版曝光显影出需要电镀的图形，光刻时晶圆边缘一圈进行去边，形成一圈无金的边，以使电镀过程接触良好；然后进行坚膜，打胶；
（3）将步骤（2）处理后得到的晶圆浸泡入浸润槽的表面处理液（去离子水）中，使晶圆表面湿润，以协助后续还原镀金制程。
（4）将步骤（3）处理后得到的晶圆放在夹具中固定，然后浸泡入电镀槽的金液中，当炉内温度达到50±0.1℃后，在电流0.02~0.04A，电压0.4~0.8V下对晶圆进行电镀金处理。
其中，金液成分为：Au：8~15 g/L；Tl：26~35 mg/L；亚硫酸根离子：30~90 g/L；硫酸根离子：5~80 g/L。
电镀处理的时间根据镀金面积和所需厚度确定。镀1.5um金厚度大概5分钟，并根据具体情况进行调整。
（5）电镀金处理后，在清洗槽中用去离子水对晶圆进行冲洗，然后取出晶圆，完成电镀金。
在上述电镀金过程中，控制金液的pH值为7.6~8.2。电镀液的pH值是比较隐蔽的变动因素，往往是出了问题时才被发现。在本实施例中，采用由传感器控制的数字式pH显示器来实时监测，以及时了解镀液的pH值。
在上述电镀金过程中，控制电流密度为0.5～1.0A/dm2。所述电流密度，按工件的面积计算镀金电流，对其范围进行限定，观察镀层质量，金黄色并且有光泽那么说明镀层质量较好。如果不合要求可适当调整电流大小，一般不高于1.0A/dm2，否则镀层表面容易粗糙。
在本实施例中，对亚硫酸根的浓度进行限定。亚硫酸根作为络合剂使用，提高亚硫酸金的稳定性；同时也作为导电盐，能提高电镀液的电导性。浓度偏低的话，会出现均一电着性降低，外观不良等，也容易发生金沉淀。浓度偏高的话，结晶颗粒会变大，高电流的密度区域容易发生烧焦现象。
镀液的硫酸根作为提高电镀液的导电盐使用，若硫酸根偏低，那么亚硫酸根会分解使得硫酸根增加，不需要特别调整；若硫酸根偏高则说明需要换液了。
镀液中的铊作为结晶调整剂，为了促进镀层结晶生长。有利于提高电镀均匀性和界限电流密度的作用；浓度偏低的话，结晶颗粒增大，表面边粗糙，生长的时候会横向生长，而且退火后硬度不容易降低。浓度偏高的话，结晶颗粒变小，会呈现光泽外观的倾向。
镀液中的Au作为金盐，需要定期测定。若浓度偏低，电镀均一性会受到影响；若浓度偏高，金带出量会增加。提高金液的质量浓度，可提高电流密度范围，提高金的沉积速度，镀层的光亮度和均匀度会有所改善。
下面以几个具体实施例对本发明的电镀金工艺方法的实施效果进行比较分析。
实施例1
制取亚硫酸盐镀金液，1L电镀液包含以下原料：
Au 8g/L
Tl 26mg/L
亚硫酸根离子 40g/L
硫酸根离子 35g/L
按上述的工艺方法进行，具体控制参数为：
在步骤（1）的前期处理中，金厚度为1000Å。
在步骤（4）的电镀金过程中，电流0.04A，电压0.6V，电镀时间6min。
实施例2
与实施例1类似，区别之处在于电镀过程的电压。
在步骤（4）的电镀金过程中，电流0.04A，电压0.7V，电镀时间6min。
实施例3
与实施例1类似，区别之处在于电镀过程的电压。
在步骤（4）的电镀金过程中，电流0.04A，电压0.8V，电镀时间6min。
实施例4
与实施例1类似，区别之处在于电镀过程的电流。
在步骤（4）的电镀金过程中，电流0.02A，电压0.6V，电镀时间6min。
测试实验1
将电镀后的晶圆在SEM电镜下观测金属厚度以及金的外观、粗糙度和平整度。
对比实施例1、2、3，相同电流时间下，电压越大，电流密度越大，电镀速率越高，膜厚更厚。电流为0.02A的条件下，速率更慢，对于倒台产品，侧壁沉积形貌更好；如果产品为直台，0.02A或0.04A均可。
测试实验2
用台阶仪器测量上、中、下、左、右五点的厚度，确认均匀性。结果如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种半导体材料电镀金工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）前期处理：在晶圆上镀钛铂金作为电镀的导电层，以使后续电镀过程接触良好，晶圆在镀钛铂金前的光刻时对边缘进行去边；
（2）表面处理：在晶圆表面涂布光刻胶，利用光刻版曝光显影出需要电镀的图形，光刻时晶圆边缘一圈进行去边，以使电镀过程接触良好；然后进行坚膜，打胶；
（3）将步骤（2）处理后得到的晶圆浸泡入浸润槽的表面处理液中，使晶圆表面湿润，以协助后续还原镀金制程；
（4）将步骤（3）处理后得到的晶圆浸泡入电镀槽的金液中，当炉内温度达到设定温度后，以设定的电压和电流对晶圆进行电镀金处理；
其中，金液成分为：Au：8~15 g/L；Tl：26~35 mg/L；亚硫酸根离子：30~90 g/L；硫酸根离子：5~80 g/L；
（5）电镀金处理后，在清洗槽中对晶圆进行冲洗，然后取出晶圆，完成电镀金。
2.根据权利要求1所述的一种半导体材料电镀金工艺方法，其特征在于，所述步骤（1）中，钛铂金的金厚度为800~1200Å。
3.根据权利要求1所述的一种半导体材料电镀金工艺方法，其特征在于，所述步骤（4）中，当炉内温度达到50±0.1℃后，在电流0.02~0.04A，电压0.4~0.8V下对晶圆进行电镀金处理。
4.根据权利要求1所述的一种半导体材料电镀金工艺方法，其特征在于，在步骤（4）的电镀金过程中，控制金液的pH值为7.6~8.2。
5.根据权利要求1所述的一种半导体材料电镀金工艺方法，其特征在于，在步骤（4）的电镀金过程中，控制电流密度为0.5～1.0A/dm2。
6.根据权利要求1所述的一种半导体材料电镀金工艺方法，其特征在于，采用铂金钛网作为电镀金阳极，采用INP衬底片作为电镀金阴极。
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