CN117810072A - 一种晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，属于晶圆芯片制作工艺，包括以下步骤：S1,在晶圆基片的表面依次溅射钛层、PT层和金层，形成活化金属层；S2,在晶圆基片上光刻图形化；S3,电镀金锡合金，在晶圆基片的镀面电镀金锡合金，电镀的方式为水平式电镀；S4,去除活化金属层；S5,切割，得晶圆芯片产品。本发明改善了金锡合金均匀性，提高了芯片性能。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆芯片制作工艺，特别涉及一种晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法。
背景技术
晶圆基片为圆形，晶圆基片生产线以8英寸晶圆芯片和12英寸晶圆芯片为主，4英寸晶圆基片生产较少。
通过在晶圆基片上制作图形的方式，形成图形化晶圆基片，然后将图形化晶圆基片切割为一个个晶圆芯片产品，晶圆芯片产品尺寸0.1-1mm*0.1-1mm。
研究发现，共晶成分(金锡重量比为80:20)的金锡合金具有优异的力学性能，被大量用于光通信领域，金锡合金由于金含量很高，焊接时氧化程度低，因此可以实现免助焊剂焊接，防止器件污染。
为了方便晶圆芯片封装，在制作晶圆芯片时，在晶圆基片上完成图形化后，在晶圆基片上制作金锡预置焊料，现有的光通信芯片上的金锡预置焊料往往采用传统的电子束蒸镀工艺，这种方式往往会造成大量的原材料浪费，并且沉积速率慢，生产时间长。
另一方面，金锡合金均匀性差异大，会导致金锡合金熔点出现较大的差异，不利于后期的焊接。
上述背景技术是为了便于理解本发明，并非是申请本发明之前已向普通公众公开的公知技术。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供一种晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，避免了原材料浪费，生产时间短，且改善了金锡合金均匀性。
技术方案是：一种晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，包括以下步骤：
S1,在晶圆基片的表面依次溅射钛层、PT层和金层，形成活化金属层；
S2,在晶圆基片上光刻图形化；
S3,电镀金锡合金，在晶圆基片的镀面电镀金锡合金，电镀的方式为水平式电镀；
S4, 去除活化金属层；
S5,切割，得晶圆芯片产品。
进一步地，S3中，所述水平式电镀工作时，喷流电镀液经允许喷流液通过的导向区进入镀液孔与晶圆基片的镀面接触。
进一步地，所述允许喷流液通过的导向区分布有若干导向孔，导向孔围绕导向区中心线设立。
进一步地，所述导向孔的直径为离导向区中心线越近其直径越大。
进一步地，所述导向区中心线、晶圆基片中心线及镀液孔中心线重合。
进一步地，所述晶圆基片为四寸晶圆基片、八寸晶圆基片或十二寸晶圆基片。
进一步地，所述晶圆基片为硅晶圆基片、砷化镓晶圆基片或氮化硼晶圆基片。
进一步地，所述活化金属层厚度为100-500nm。
进一步地，所述电镀金锡合金厚度为3-10um。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过溅射与电镀的方式，避免了原材料浪费，缩短了生产时间，并将电镀由挂镀改为水平镀，改善了金锡合金均匀性，并通过特定的喷流液导向板和遮蔽板，进一步改善了金锡合金均匀性，提高了芯片性能。
附图说明
图1是本发明实施例1挂镀方式示意图；
图2是本发明四寸晶圆基片检测点位置示意图；
图3是本发明实施例2水平镀方式示意图；
图4是本发明实施例3水平镀方式示意图；
图5是本发明喷流液导向板结构示意图；
图6是本发明导向区结构示意图；
图7是本发明遮蔽板结构示意图；
图中：1、基片，2、镀槽，3、喷流孔，4、遮蔽板，5、喷流液导向板，6、导向区，7、导向孔，8、导向区中心线，9、镀液孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，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”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者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，而不是指示或者暗示所指的装置或者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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
现有单成分电镀中（比如电镀Cu或电镀Sn或电镀Au），晶圆基片与方形基片因其形状不同，晶圆基片采用挂镀（晶圆基片呈直立放置）或水平电镀（晶圆基片呈水平放置）对镀层厚度均匀性的影响相差不大，其中，挂镀作为常规电镀方式，镀层厚度均匀性略优于水平电镀方式。
下述实施例中，四寸晶圆基片相同（指厚度、材质等，由同一供应商提供），活化金属层的厚度相同，图形化的图形相同；电镀步骤中，除明确指出的不同外，其余条件均相同。
下述实施例中，电镀金锡合金设计厚度为5um，电镀金锡合金成分中，Au含量80wt%，电镀步骤中，为维持镀液成分稳定性，镀槽底部设置有若干喷流孔（现有技术）补充镀液，设置有镀液出口排出镀液（现有技术）维持镀液高度。
下述实施例中，四寸晶圆基片通过夹具夹持（图中并未画出）。
实施例1
一种晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，包括以下步骤：
S1,取四寸晶圆基片1清洗烘干后在四寸晶圆基片的表面依次溅射钛层、PT层和金层，形成活化金属层。
S2,在四寸晶圆基片1上光刻图形化；通过光刻胶旋涂、烘干、曝光、显影的方式在四寸晶圆基片上光刻图形化，光刻图形化后一部分金属裸露在外可在金属上电镀金属，另一部分金属被光刻胶覆盖在后续电镀时不能电镀。
S3,电镀金锡合金：四寸晶圆基片1在金锡合金镀液中电镀金锡合金，四寸晶圆基片电镀的方式为挂镀，图1为挂镀示意图，四寸晶圆基片1垂直位于镀槽2的镀液中（四寸晶圆基片1的镀面位于镀液中，非镀面也位于镀液中），镀槽2底分布有喷流孔3，喷流孔3喷流方向F与镀面方向平行。
电镀后随机取四寸晶圆基片测金锡合金厚度及金锡合金成分（检测点如图2所示，其中A点为四寸晶圆基片圆心，B、C、D、E为四寸晶圆基片的边缘点，其中，B与D连线经过圆心，C与E连线经过圆心，BD线与CE线之间的夹角为直角，挂镀时，B为最高点，D为最低点），检测数据如下表1。
S4, 去除活化金属层。
S5,切割，得晶圆芯片产品。
实施例2
一种晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，包括以下步骤：
S1,取四寸晶圆基片1清洗烘干后在四寸晶圆基片的表面依次溅射钛层、PT层和金层，形成活化金属层。
S2,在四寸晶圆基片1上光刻图形化；通过光刻胶旋涂、烘干、曝光、显影的方式在四寸晶圆基片上光刻图形化，光刻图形化后一部分金属裸露在外可在金属上电镀金属，另一部分金属被光刻胶覆盖在后续电镀时不能电镀。
S3,电镀金锡合金：四寸晶圆基片1在金锡合金镀液中电镀金锡合金，四寸晶圆基片电镀的方式为水平镀，本实施例的水平镀如图3，图3中，四寸晶圆基片1位于镀槽2的镀液中（四寸晶圆基片1的镀面位于镀液中，非镀面位于镀液外），镀槽2底分布有喷流孔3，喷流孔3喷流方向F与镀面基本为直角。
电镀后随机取四寸晶圆基片测金锡合金厚度及金锡合金成分（检测点如图2所示，其中A点为四寸晶圆基片圆心，B、C、D、E为四寸晶圆基片的边缘点，其中，B与D连线经过圆心，C与E连线经过圆心，BD线与CE线之间的夹角为直角，水平镀时，A、B、C、D、E在同一水平位置），检测数据如下表1。
S4, 去除活化金属层。
S5,切割，得晶圆芯片产品。
实施例3
一种晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，包括以下步骤：
S1,取四寸晶圆基片清洗烘干后在四寸晶圆基片的表面依次溅射钛层、PT层和金层，形成活化金属层。
S2,在四寸晶圆基片上光刻图形化；通过光刻胶旋涂、烘干、曝光、显影的方式在四寸晶圆基片上光刻图形化，光刻图形化后一部分金属裸露在外可在金属上电镀金属，另一部分金属被光刻胶覆盖在后续电镀时不能电镀。
S3,电镀金锡合金：四寸晶圆基片在金锡合金镀液中电镀金锡合金，四寸晶圆基片电镀的方式为水平镀，本实施例的水平镀如图4，图4中，四寸晶圆基片1位于镀槽2的镀液中（四寸晶圆基片1的镀面位于镀液中，非镀面位于镀液外），镀槽2底分布有喷流孔3，喷流孔3喷流方向F与镀面基本为直角，四寸晶圆基片1下设置有喷流液导向板5，喷流液导向板5与四寸晶圆基片1之间设置有遮蔽板4；图5为喷流液导向板结构示意图，图5中，喷流液导向板5上设置有允许喷流液通过的导向区6，导向区6位于喷流液导向板5的中间位置，图6为导向区结构示意图，图6中，导向区6分布有若干导向孔7，导向孔7围绕导向区中心线8设立，离导向区中心线8越近，导向孔7的直径越大，安装时，导向区中心线8与四寸晶圆基片1中心线重合，图7为遮蔽板结构示意图，遮蔽板4上开有允许四寸晶圆基片1镀面放置的镀液孔9，镀液孔中心线与四寸晶圆基片1中心线重合；
电镀后随机取四寸晶圆基片测金锡合金厚度及金锡合金成分（检测点如图2所示，其中A点为四寸晶圆基片圆心，B、C、D、E为四寸晶圆基片的边缘点，其中，B与D连线经过圆心，C与E连线经过圆心，BD线与CE线之间的夹角为直角，水平镀时，A、B、C、D、E在同一水平位置），检测数据如下表1。
S4, 去除活化金属层。
S5,切割，得晶圆芯片产品。
表1 金锡合金厚度及金锡合金成分
表1中，P为各点数值与设计值之差的平方之和除以5，用于评价均匀性。
从表1可以看出，对于金锡合金含量来说，实施例2较实施例1均匀性更好（实施例2厚度与实施例1相差不大，实施例1略好些，但差距不大），两者相差4，实施例2获得了更好的控制效果。实施例3在增加喷流液导向板5及遮蔽板4后，在同样的电镀条件下，金锡合金含量控制获得了显著的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1,在晶圆基片的表面依次溅射钛层、PT层和金层，形成活化金属层；
S2,在晶圆基片上光刻图形化；
S3,电镀金锡合金，在晶圆基片的镀面电镀金锡合金，电镀的方式为水平式电镀；
S4, 去除活化金属层；
S5,切割，得晶圆芯片产品。
2.根据权利要求1所述的晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，S3中，所述水平式电镀的镀槽底分布有喷流孔，喷流孔喷流方向F与镀面为直角。
3.根据权利要求2所述的晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，S3中，所述水平式电镀工作时，喷流电镀液经允许喷流液通过的导向区进入镀液孔与晶圆基片的镀面接触。
4.根据权利要求3所述的晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，所述允许喷流液通过的导向区分布有若干导向孔，导向孔围绕导向区中心线设立。
5.根据权利要求4所述的晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，所述导向孔的直径为离导向区中心线越近其直径越大。
6.根据权利要求4所述的晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，所述导向区中心线、晶圆基片中心线及镀液孔中心线重合。
7.根据权利要求1-6任一项所述的晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，所述晶圆基片为四寸晶圆基片、八寸晶圆基片或十二寸晶圆基片。
8.根据权利要求1-6任一项所述的晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，所述晶圆基片为硅晶圆基片、砷化镓晶圆基片或氮化硼晶圆基片。
9.根据权利要求1-6任一项所述的晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，所述活化金属层厚度为100-500nm。
10.根据权利要求1-6任一项所述的晶圆芯片金锡合金均匀性的控制方法，其特征在于，所述电镀金锡合金厚度为3-10um。
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