CN205529113U - 一种半导体晶圆电镀夹持装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种半导体晶圆电镀夹持装置，所述电镀夹持装置包括绝缘衬板、弹性导电金属丝和电极板，绝缘衬板上形成有安装凹槽，弹性导电金属丝的一端连接于电极板和绝缘衬板之间，弹性导电金属丝的另一端延伸至安装凹槽内，并能够将半导体晶圆弹性压紧在安装凹槽内。本实用新型引进绝缘衬板作为半导体晶圆固定板，避免了半导体晶圆受到流动电镀液的二面冲击而造成脱落或裂片，并防止了半导体晶圆背面与电镀液的直接接触，有利于减少电镀液污染；同时采用弹性导电金属丝进行半导体晶圆的夹持固定，能够方便的压紧到半导体晶圆边缘任意设置的导电区上，既能有效的保证导电接触，又能防止对半导体晶圆表面造成压力破坏，具有很强的实用价值。

Description

一种半导体晶圆电镀夹持装置

技术领域

本实用新型涉及半导体晶圆电镀领域，具体设计一种半导体晶圆电镀夹持装置。

背景技术

激光半导体发光是通过键合到芯片焊盘上的金属丝把电流加载到激光二级管的两极上来实现的。激光半导体晶圆上的芯片焊盘通常是金（Au）或其他导电金属（如铜-Cu，铝-Al）材料，焊盘厚度为0.2微米-4微米之间，芯片焊盘的沉积方法通常有等离子溅射、蒸镀和电镀。对于高速光通讯用激光半导体，芯片焊盘的厚度要求至少大于1微米，有时厚度达到4-5微米，采用等离子溅射和蒸镀的方法形成芯片焊盘时，沉积速率较低，所需沉积时间较长且效率低，而且是无差别沉积（即没有选择性），通常只有少部分金属会沉积到芯片焊盘上，所以造成金属浪费巨大。相比而言，采用电镀方法在半导体晶圆上沉积芯片焊盘所需设备简单、操作方便，且可以有选择性在芯片焊盘上电镀所需的金属，因此在激光半导体晶圆的芯片焊盘沉积中得到广泛应用。在电镀的过程中，需要将半导体晶圆夹持固定在电镀液中，现有技术中的半导体晶圆电镀夹持装置如附图1所示的，包括鳄鱼夹103和板夹104，所述鳄鱼夹103夹持在半导体晶圆100非导电区的光刻胶102上，用于固定半导体晶圆100，所述板夹104夹持在半导体晶圆100的导电区105上，并与半导体晶圆表面的金属导电层电性接触，然后在鳄鱼夹103和板夹104的夹持固定下，将整个半导体晶圆1浸入在电镀液的液面之下进行电镀。现有技术中的这种电镀夹持装置在使用中具有以下缺陷：（1）、为保证芯片焊盘电镀沉积厚度的均匀性，电镀过程中电镀液需要充分搅拌流动，但电镀液的流动对半导体晶圆造成一定的冲力，为保持半导体晶圆在流动液体中的稳定性，鳄鱼夹103需要用一定的压紧力夹紧半导体晶圆，如果鳄鱼夹103的压紧力过小，就容易造成半导体晶圆掉片；反之如果鳄鱼夹103的压紧力过大，则容易使薄的半导体晶圆片裂片，同时鳄鱼夹的牙齿非常容易穿透半导体晶圆表面的光刻胶102，会造成半导体晶圆双面导电，从而在不应电镀的地方进行了电镀，严重影响电镀质量，甚至会造成整个半导体晶圆报废，因此使用鳄鱼夹进行半导体晶圆固定难以将其压紧力控制在理想的范围。其次在电镀中，鳄鱼夹和板夹大部分浸入电镀液中，会引入较多的杂质离子，有可能造成电镀液的过早报废。还有同时采用鳄鱼夹和板夹进行夹持固定，操作比较复杂。因此现有芯片焊盘电镀技术中，半导体晶圆的夹持固定装置存在着较大的缺陷。

实用新型内容

本实用新型基于上述现有技术缺陷，创新的提出一种全新结构的半导体晶圆电镀夹持装置，通过引入不导电、耐腐蚀、不污染电镀液的绝缘衬板，把半导体晶圆方便而可靠地固定在绝缘衬板上，既能保证半导体晶圆稳定不动地保持在流动的电镀液中，又能有效地稳定电镀工艺参数，同时还保证了不需要电镀的半导体晶圆背面不直接与电镀液接触，有效防止了半导体晶圆背面的污染。同时本实用新型首创的电镀夹持装置还采用弹性导电金属丝来把电流从导电线接入到半导体晶圆导电区并压住半导体晶圆不动，不需要带鳄鱼夹的牙齿来固定半导体晶圆，导电金属丝利用金属弹力来压住半导体晶圆的导电区，既不会压裂半导体晶圆，又能保证良好的导电接触，且这种有弹力的导电金属丝，即可弯曲，又可伸缩，因此能很容易的接触到半导体晶圆任何设定的导电区。同时这种导电金属丝可以是漆包线丝或镀光刻胶的金属丝，很容易在只需导电的部分，用机械或化学方法去掉表面漆层或光胶层，使之电性接触于半导体晶圆，既能防止导电丝对电镀液的污染，又能实现电镀半导体晶圆与外接导线的可靠电性连接，同时完全避免了鳄鱼夹使用中对非导电区光刻胶的损伤情况发生，大大提高了半导体晶圆的电镀夹持稳定性。

本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种半导体晶圆电镀夹持装置，包括：绝缘衬板3、弹性导电金属丝6和电极板8，所述绝缘衬板3上形成有半导体晶圆的安装凹槽9，所述弹性导电金属丝6的一端电性连接于所述电极板8，所述电极板8固定连接于所述绝缘衬板3，所述弹性导电金属丝6的另一端延伸至所述安装凹槽内，并能够将半导体晶圆弹性压紧在所述安装凹槽9内。

进一步的根据本实用新型所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述安装凹槽9为形成于绝缘衬板3一侧表面上的方形凹槽或圆形凹槽，且安装凹槽的横向尺寸大于或等于半导体晶圆的横向尺寸，安装凹槽的纵向深度小于半导体晶圆的厚度，安装凹槽的边缘垂直于凹槽底面或者相对于凹槽底面向内倾斜设置。

进一步的根据本实用新型所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述安装凹槽的纵向深度为半导体晶圆厚度的90%，所述安装凹槽的边缘相对于凹槽底面形成70-90°间的倾角。

进一步的根据本实用新型所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中还包括有固定螺钉7，通过固定螺钉7将所述弹性导电金属丝的一端固定于所述电极板8和所述绝缘衬板3之间，并同时实现弹性导电金属丝与电极板8间的电性连接以及电极板8与绝缘衬板3间的固定连接。

进一步的根据本实用新型所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述弹性导电金属丝连接电极板的一端弯折形成固定圈结构，所述固定螺钉7依次穿过所述电极板8、弹性导电金属丝一端的固定圈和所述绝缘衬板3；所述弹性导电金属丝的中部弯折成利于产生弹性压紧力的弧形结构，所述弹性导电金属丝的另一端弯折形成能与半导体晶圆上的导电区电性接触的圆弧触点10。

进一步的根据本实用新型所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述弹性导电金属丝的直径处于0.5-3毫米之间，所述弹性导电金属丝连接电极板的一端在绝缘衬板平面内弯折成直径在1-4毫米的圆圈结构，所述弹性导电金属丝连接半导体晶圆的另一端在垂直于绝缘衬板表面的平面内向外弯折成直径在0.5-2毫米的半圆环，所述圆弧触点10处于所述半圆环的圆弧外侧；所述弹性导电金属丝的中部在垂直于绝缘衬板表面的平面内向内弯折成直径在30-60毫米的圆弧结构。

进一步的根据本实用新型所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述绝缘衬板3为厚度在3-10毫米的矩形板，所述电极板为铜板并固定连接于所述绝缘衬板的顶部。

进一步的根据本实用新型所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述弹性导电金属丝为直径在0.5-3毫米间的钨丝、钼丝或铜丝。

进一步的根据本实用新型所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述弹性导电金属丝为漆包金属线或表面涂敷光刻胶的金属线，且弹性导电金属丝的两端头露出导电金属。

进一步的根据本实用新型所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其中所述绝缘衬板3上并排开设有多个安装凹槽，且在所述绝缘衬板3上固定有多组弹性导电金属丝，每组弹性导电金属丝对应于一个安装凹槽，固定于所述绝缘衬板上的电极板为一个整体板或多个分别对应于各安装凹槽的个体板。

通过本实用新型的技术方案至少能够达到以下技术效果：

1）、本实用新型对传统激光半导体晶圆的电镀夹持装置进行了创新改进，创新地引进绝缘衬板作为半导体晶圆固定板，避免了脆弱的半导体晶圆受到流动电镀液的二面冲击而造成脱落或裂片的现象发生，同时防止了半导体晶圆背面与电镀液的直接接触，有利于进一步减少电镀液的污染；此外还创造性地在绝缘衬板上设置倒角结构的安装凹槽，既从边缘和背面对半导体晶圆提供了牢固的支撑，又没有对电镀液在半导体晶圆表面上的流体行为造成任何影响；

2）、本实用新型首创地采用弹性导电金属丝进行半导体晶圆的夹持固定，利用金属丝的弹力将半导体晶圆固定在绝缘衬板上，金属丝一端固定在绝缘衬板上，另一端能弯曲悬空，便于压紧到半导体晶圆边缘任意设置的导电区或孔上，且所产生的弹力，既能有效的保证导电接触，又能防止导电丝对半导体晶圆表面造成破坏；

3）、本实用新型首创的基于绝缘衬板和弹性导电金属丝的电镀夹持装置属于对当前激光半导体芯片制作工艺中的一项重大创新改进，所述电镀夹持装置代替传统夹持装置后所需电源和导电引线可以保持完全一致，不会增加任何额外的设备投资，且对半导体晶圆的夹持操作快捷、简便，具有广阔的市场推广应用前景。

附图说明

附图1为传统的半导体晶圆电镀夹持装置的结构示意图；

附图2为本实用新型所述半导体晶圆电镀夹持装置的第一优选结构示意图；

附图3为本实用新型所述半导体晶圆电镀夹持装置的第二优选结构示意图；

附图4为本实用新型所述半导体晶圆电镀夹持装置中绝缘衬板的侧视结构图；

附图5为本实用新型所述半导体晶圆电镀夹持装置中弹性导电金属丝的结构示意图；

图中各附图标记的含义如下：

100-半导体晶圆，101-芯片焊盘，102-光刻胶，103-鳄鱼夹，104-板夹，105-导电区；

1-半导体晶圆，2-芯片焊盘，3-绝缘衬板，4-光刻胶，5-导电区，6-弹性导电金属丝，7-固定螺钉，8-电极板，9-安装凹槽，10-圆弧触点。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本实用新型，但并不因此限制本实用新型的保护范围。

结合附图2至附图5说明本实用新型创新提出的半导体晶圆的电镀夹持装置的结构。本实用新型提出的电镀夹持装置包括绝缘衬板3、弹性导电金属丝6、电极板8和固定螺钉7，所述的绝缘衬板3作为半导体晶圆的支撑底板，采用不导电、耐腐蚀、无污染、易加工、重量轻的材料制作，如塑料、尼龙、聚四氟乙烯，优选的所述绝缘衬板3是由聚四氟乙烯加工而成的绝缘衬板，整体形状为矩形板结构，厚度为3-10毫米，优选厚度3-4毫米，绝缘衬板3上加工有方形或圆形的安装凹槽，但不限于方形和圆形，通过安装凹槽给半导体晶圆提供限位或支撑作用，优选采用圆形安装凹槽，其中附图2给出了绝缘衬板3上形成有方形安装凹槽的结构，附图3给出了绝缘衬板3上形成有圆形安装凹槽的结构，当形成有圆形凹槽时，圆形直径尺寸等于或略大于半导体晶圆的直径尺寸。绝缘衬板上形成的安装凹槽的深度为略小于半导体晶圆的厚度，优选的凹槽深度与半导体晶圆厚度差为10%（即凹槽深度为半导体晶圆厚度的90%），使放置在凹槽中的半导体晶圆1稍稍突出于绝缘衬板3之上，避免了绝缘衬板3对半导体晶圆1表面处电镀液流体行为产生影响。凹槽的横向（如直径）尺寸大小可根据半导体晶圆1的尺寸来设计，凹槽尺寸可稍大于半导体晶圆1，这样既方便半导体晶圆1放置在凹槽里，又能使凹槽对半导体晶圆1有一定的固定作用。安装凹槽的边缘可以是垂直于绝缘衬板，也可以是不垂直于绝缘衬板平面，如图4所示，安装凹槽的边缘相对于凹槽底面具有70-90°之间的倾角，优选的成85°倾角，这样安装凹槽的边缘形成为向内倾斜的结构，使得安装凹槽对放置于其内的半导体晶圆能够产生一个指向绝缘衬板面的力，便于半导体晶圆紧密贴附在凹槽底面的绝缘衬板面上，同时能有效地隔离半导体晶圆背面与电镀液的接触，减少半导体晶圆背面对电镀液的污染。电镀时所述绝缘衬板3可以用各种方式，如螺钉、卡扣等固定在电镀容器上，同时半导体晶圆1自由地落在绝缘衬板的安装凹槽的下沿上，凹槽下沿垂直或向内微倾斜设置可对半导体晶圆1既产生一个向上的支持力，又形成一个微小的压向绝缘衬板面的力，保证了半导体晶圆1在电镀过程中不会脱离绝缘衬板3。所述绝缘衬板3厚度较薄，通常为2-5mm，而且厚度方向沿电镀液流动方向切线放置，可有效减少绝缘衬板3对电镀液流动行为产生影响。所述半导体晶圆上部在没有芯片的边缘处的光刻胶上开设有2个孔露出其下的导电金属层，作为导电区5，所述的弹性导电金属丝6包括有两根，所述弹性导电金属丝6对材质的要求为良好的导电性、良好的弹力和较强的可塑性以便于手动调节，使得导电金属丝能较容易的接触到半导体晶圆1的任何导电区，可选材料有钨（W）丝、钼（Mo）丝、铜（Cu）丝等，优选W丝，弹性导电金属丝6的直径0.5-3毫米，优选1-2mm，更优选1毫米。所述弹性导电金属丝6整体弯折成弧形结构，上端作为导电部分通过固定螺钉7固定在电极板8和绝缘衬板3之间，所述弹性导电金属丝6的上端沿绝缘衬板平面弯折成圆圈状，固定螺钉7依次穿过电极板8、弹性导电金属丝6上端的弯折圈和绝缘衬板3后螺纹连接于固定螺母，从而将弹性导电金属丝6的上端固定于电极板8和绝缘衬板3之间，同时实现了电极板8和绝缘衬板3之间的固定连接，且弹性导电金属丝6电性连接于电极板8。所述弹性导电金属丝6采用漆包线或表面涂敷一层光刻胶的金属线，在弹性导电金属丝6的上下两端头的导电部分采用化学法或机械法除去表面的绝缘漆或光胶，优选方法是把须导电的金属丝的两端头浸入丙酮中1-2分钟，把绝缘漆或光刻胶溶解，然后用小刀片轻微刮擦导电金属丝表面，暴露出新鲜的导电金属。这样弹性导电金属丝6上端的绝缘漆或光胶被去除形成为导电部分，并弯折固定于电极板8和绝缘衬板3，实现了弹性导电金属丝6和电极板8之间的电性连接，在电镀中所述固定螺钉7和电极板8高于电镀液面。所述的电极板优选的为铜板，连接于电镀电源的阴极。这样在绝缘衬板3的表面平行的布置有两条弹性导电金属丝6。弹性导电金属丝6的下端抵接于半导体晶圆的导电区，首先弹性导电金属丝6的下端也是用化学法或机械法除去绝缘漆或光胶，露出新鲜的导电金属，同时为了防止弹性导电金属丝6下端面的锐利毛刺对半导体晶圆芯片的损伤，弹性导电金属丝6的下端头如附图5所示的向外弯曲，并形成圆弧触点10，圆弧触点所在的部位露出导电金属，利用圆弧触点与半导体晶圆的导电区接触，保证导电金属丝以圆点方式与半导体晶圆导电区接触，避免了对半导体晶圆导电区的划伤。每根所述弹性导电金属丝6如上所述的具有三种弧形弯折结构，上端在绝缘衬板平面内弯折成供固定螺钉穿过的圆圈结构，中部在垂直于绝缘衬板表面的平面内向内弯折成用于产生弹性压紧力的弧形结构，下端在垂直于绝缘衬板表面的平面内向外弯折形成与半导体晶圆导电区电性接触的圆弧触点10。所述弹性导电金属丝6优选采用1mm直径的W丝，长度为60mm，金属丝上端在绝缘衬板平面内弯成3mm直径左右的圆圈，下端在垂直绝缘衬板平面内向外弯成1mm直径左右的半圆环，整个金属丝弯成40-50mm直径左右的弧形结构。二根如此制成的导电金属W丝用3mm的固定螺钉7与电极板8一道固定在绝缘衬板3的螺纹孔上。

在半导体晶圆芯片焊盘的电镀过程中使用本实用新型所述电镀夹持装置对半导体晶圆进行夹持操作时，首先将绝缘衬板平放在桌面上，把处理好的半导体晶圆卡嵌放置在绝缘衬板的安装凹槽里，然后在弹性导电金属丝6的两端露出导电金属，并将弹性导电金属丝6的上端固定于电极板8和绝缘衬板3之间，在半导体晶圆边缘处设定好导电区后，逐步倾斜绝缘衬板使半导体晶圆落在绝缘衬板的安装凹槽的下边缘上，直至绝缘衬板竖直放置，然后调整弹性导电金属丝6，把弹性导电金属丝6下端的圆弧触点压在半导体晶圆的导电区上，并调整弹性导电金属丝6的弧形结构使其压紧半导体晶圆，从而将半导体晶圆牢固的夹持于绝缘衬板3上，最后将绝缘衬板放置于电解槽内，并使电解液浸没半导体晶圆，将电极板连接于电镀电源进行电镀。

在实际应用中，为了提高电镀效率，可以同时对几片半导体晶圆1进行电镀，为此可以增加绝缘衬板3的尺寸，并在绝缘衬板3上同时开有多个安装凹槽，多个安装凹槽的排列可以是线性排列或者圆周排列或其他不限于线性/圆周的排列方式，同时在绝缘衬板3上固定多组弹性导电金属丝，每组弹性导电金属丝的长短可不一，以便于压到各个远近不一的半导体晶圆1上为准，连接电镀电源和导电金属丝的电极板也可以是一个整体或多块个体，这样可以在一个绝缘衬板上对多片半导体晶圆1同时进行电镀。当然亦可采用多个单独如图2-3所示的电镀夹持装置，多个绝缘衬板可以沿电镀液流动方向顺序排列或平行排列，所述阳极网可以共用，也可以与对应的绝缘衬板分开使用，来对多片半导体晶圆同时进行电镀。这些变换都属于本实用新型的保护范畴。

本实用新型所述半导体晶圆电镀夹持装置在使用中能与夹持装置保持一致，不需要额外设备投资，没有改变半导体芯片的任何结构尺寸，对客户不造成额外负担，且本实用新型所述电镀夹持装置引入不导电耐腐蚀无污染的绝缘衬板和弹性导电丝来代替传统的鳄鱼夹，一方面绝缘衬板既能有效地防止半导体晶圆电镀过程中脱落和破裂，又能有效避免半导体晶圆背面与电镀液的接触，另一方面弹性导电丝能有效确保电镀导线较容易地接触到所选定的半导体晶圆导电区而不会像鳄鱼夹一样对半导体晶圆其他区域造成影响。因此本实用新型所提出的不导电耐腐蚀无污染绝缘衬板加弹性导电金属丝的半导体晶圆电镀夹持装置代表了激光半导体晶圆电镀领域的最佳改进方案，可广泛应用于半导体芯片制作过程之中。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域技术人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，本实用新型具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (10)

1.一种半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，包括：绝缘衬板（3）、弹性导电金属丝（6）和电极板（8），所述绝缘衬板（3）上形成有半导体晶圆的安装凹槽（9），所述弹性导电金属丝（6）的一端电性连接于所述电极板（8），所述电极板（8）固定连接于所述绝缘衬板（3），所述弹性导电金属丝（6）的另一端延伸至所述安装凹槽内，并能够将半导体晶圆弹性压紧在所述安装凹槽（9）内。

2.根据权利要求1所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，所述安装凹槽（9）为形成于绝缘衬板（3）一侧表面上的方形凹槽或圆形凹槽，且安装凹槽的横向尺寸大于或等于半导体晶圆的横向尺寸，安装凹槽的纵向深度小于半导体晶圆的厚度，安装凹槽的边缘垂直于凹槽底面或者相对于凹槽底面向内倾斜设置。

3.根据权利要求2所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，所述安装凹槽的纵向深度为半导体晶圆厚度的90%，所述安装凹槽的边缘相对于凹槽底面形成70-90°间的倾角。

4.根据权利要求1所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，还包括有固定螺钉（7），通过固定螺钉（7）将所述弹性导电金属丝的一端固定于所述电极板（8）和所述绝缘衬板（3）之间，并同时实现弹性导电金属丝与电极板（8）间的电性连接以及电极板（8）与绝缘衬板（3）间的固定连接。

5.根据权利要求4所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，所述弹性导电金属丝连接电极板的一端弯折形成固定圈结构，所述固定螺钉（7）依次穿过所述电极板（8）、弹性导电金属丝一端的固定圈和所述绝缘衬板（3）；所述弹性导电金属丝的中部弯折成利于产生弹性压紧力的弧形结构，所述弹性导电金属丝的另一端弯折形成能与半导体晶圆上的导电区电性接触的圆弧触点（10）。

6.根据权利要求5所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，所述弹性导电金属丝的直径处于0.5-3毫米之间，所述弹性导电金属丝连接电极板的一端在绝缘衬板平面内弯折成直径在1-4毫米的圆圈结构，所述弹性导电金属丝连接半导体晶圆的另一端在垂直于绝缘衬板表面的平面内向外弯折成直径在0.5-2毫米的半圆环，所述圆弧触点（10）处于所述半圆环的圆弧外侧；所述弹性导电金属丝的中部在垂直于绝缘衬板表面的平面内向内弯折成直径在30-60毫米的圆弧结构。

7.根据权利要求1-6任一项所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，所述绝缘衬板（3）为厚度在3-10毫米的矩形板，所述电极板为铜板并固定连接于所述绝缘衬板的顶部。

8.根据权利要求1-6任一项所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，所述弹性导电金属丝为直径在0.5-3毫米间的钨丝、钼丝或铜丝。

9.根据权利要求1-6任一项所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，所述弹性导电金属丝为漆包金属线或表面涂敷光刻胶的金属线，且弹性导电金属丝的两端头露出导电金属。

10.根据权利要求1-6任一项所述的半导体晶圆电镀夹持装置，其特征在于，所述绝缘衬板（3）上并排开设有多个安装凹槽，且在所述绝缘衬板（3）上固定有多组弹性导电金属丝，每组弹性导电金属丝对应于一个安装凹槽，固定于所述绝缘衬板上的电极板为一个整体板或多个分别对应于各安装凹槽的个体板。