在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法与流程

1.本发明涉及一种
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族有源芯片电镀方法，具体地说，尤其涉及一种在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法。


背景技术：

2.利用
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族有源器件晶圆制作的半导体激光器具有光电转化效率高、体积小和价格低等优势，已被广泛应用于光纤激光器、泵浦激光器、材料加工及医疗等领域。为了提高器件芯片的合格率，降低器件芯片的热阻，提高器件金属电极的抗电迁徙性，保证芯片的抗烧毁能力以及提高激光器件的寿命，通常还需要在
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族有源器件晶圆的p面电极上沉积一层金属层。由于该层金属较厚(一般几个微米)，一般采用电化学电镀方式来制备。传统的电化学电镀金属工艺一般是在晶圆衬底上使用蒸发或者溅射的方法生长薄层金属作为电极，然后在其上溅射一层薄金作为电化学电镀过程中的导电层(如公告号cn110392934b的光电转换元件以及光电转换元件的制造方法中需要先制作基底导电层)，在其上涂覆一层光刻胶，通过光刻显影出电极图形表面，然后在金属电极上电镀金属，之后通过对晶圆清洗，褪除表面的光刻胶。继续在晶圆上涂覆一层光刻胶，通过光刻显影出电极图形以外的薄金导电层，采用溶液腐蚀掉电极图形以外的薄金导电层，最后通过对其清洗，褪除表面的光刻胶，完成晶圆电极上电镀金属工艺。整个过程十分繁琐，耗时较长，不利于
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族有源器件晶圆流片工艺。


技术实现要素：

3.本发明的目的，在于提供一种在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，其减少电镀前需要生长一薄层金作为导电层的过程，减少了金属的浪费；减少电镀过程中光刻工艺和之后清洗工艺，减少了有机溶剂的使用；减少电镀后腐蚀电极之外的薄层种子金的过程，减少了无机化学试剂的使用，简化了工艺流程。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.一种在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，包括如下步骤，
6.s1：制作有源器件晶圆需要电镀的电极，即在晶圆的p型区域上形成图形化的siox或sinx的绝缘钝化层和图形化的金属电极；
7.s2：将完成电极制作的有源器件晶圆放置于电镀治具上，电镀治具密封有源器件晶圆n型区域，即n面，有源器件晶圆p型区域，即p面暴露在外，形成电镀基板；
8.s3：将电镀基板浸没于电镀液中，电镀液的温度为20℃-60℃，电镀溶液的ph5-9；
9.s4：有源器件晶圆边缘连接电源负极，电镀液连接电源正极，电镀的直流电流为9ma-11ma，开启电源；
10.s5：电镀35min-45min，形成电镀层，即电镀金层，将有源器件晶圆从电镀设备中取出，并清洗有源器件晶圆。
11.进一步地，制作有源器件晶圆需要电镀的电极包括如下步骤，
12.1)在覆盖图形化的siox或sinx的绝缘钝化层的晶圆上旋涂光敏型光刻胶，光刻胶覆盖整个晶圆；
13.2)采用热板对光刻胶进行前烘；
14.3)采用光刻机曝光、热板后烘、显影液显影的方法，在覆盖图形化的siox或sinx的绝缘钝化层的晶圆上形成图形化掩膜层，掩膜层为光敏型光刻胶；
15.4)使用蒸发或溅射的方法生长金属电极，金属电极为钛铂金或钛金；
16.5)采用剥离的方法去除图形化掩膜层及上面的金属，形成独立的金属电极图形的晶圆，晶圆包括n型区域，n型区域上生长中间区域，中间区域上生长p型区域，p型区域上生长有图形化的siox或sinx的绝缘钝化层和若干图形化的金属电极，晶圆中心处的图形化的金属电极间隔分布，晶圆外缘处的图形化的金属电极呈圆环分布，图形化的金属电极与晶圆的p型区域连接。
17.进一步地，旋涂光敏型光刻胶为l-300负型光刻胶，先在晶圆上滴5ml的光刻胶，再通过匀胶机将光刻胶均匀的覆盖在晶圆表面上。
18.进一步地，图形化的金属电极第一层为20nm-80nm的钛，第二层为10nm-50nm的铂，第三层为100nm-500nm的金。
19.进一步地，曝光过程中使用i线，采用恒光强条件。
20.进一步地，剥离过程中使用的剥离液为nmp。
21.进一步地，所述的电源为直流电流源或脉冲电流源。
22.进一步地，所述的p型区域由p型欧姆接触层、光栅层、p型覆盖层三种中的任意组合构成。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.1、利用
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族有源器件晶圆的pn结的p型区域作为导电层，在电镀过程中进行导电，从而只在与p型区域相连接的互相独立的电极上形成镀层，减少电镀前需要生长一薄层金作为导电层的过程，减少了金属的浪费，简化了工艺流程。
25.2、减少电镀过程中光刻工艺和之后清洗工艺，减少了有机溶剂的使用，简化了工艺流程。
26.3、减少电镀后腐蚀电极之外的薄层种子金的过程，减少了无机化学试剂的使用，简化了工艺流程。
附图说明
27.图1是本发明中所述晶圆的俯视图；
28.图2是本发明中所述晶圆的剖面结构示意图；
29.图3是本发明中所述晶圆电镀后的剖面结构示意图；
30.图4是本发明的电镀示意图。
31.图中：1、n型区域；2、中间区域；3、p型区域；4、绝缘钝化层；5、金属电极；6、基板；7、电镀层。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明作进一步地描述说明。
33.实施例1、一种在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，包括如下步骤，
34.s1：制作有源器件晶圆需要电镀的电极，即在晶圆的p型区域上形成图形化的siox或sinx的绝缘钝化层4和图形化的金属电极5；
35.s2：将完成电极制作的有源器件晶圆放置于电镀治具上，电镀治具密封有源器件晶圆n型区域(即n面)，有源器件晶圆p型区域(即p面)暴露在外，形成电镀基板6，电镀时如图4所示，电镀治具为现有技术，电镀治具形状结构不做具体要求，只要能密封晶圆的n面，同时使晶圆的p面暴露即可；
36.s3：将电镀基板6浸没于电镀液中，电镀液的温度为20℃-60℃，电镀溶液的ph5-9；
37.s4：有源器件晶圆边缘连接电源负极，电镀液连接电源正极，电镀的直流电流为9ma-11ma，开启电源，利用晶圆本身的p型区域作为导电层，在晶圆的金属电极上电镀；
38.s5：电镀35min-45min，形成电镀层7，即电镀金层，如图3所示，将有源器件晶圆从电镀设备中取出，并清洗有源器件晶圆。
39.实施例2、一种在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，制作有源器件晶圆需要电镀的电极包括如下步骤，
40.1)在覆盖图形化的siox或sinx的绝缘钝化层的晶圆上旋涂光敏型光刻胶，光刻胶覆盖整个晶圆；
41.2)采用热板对光刻胶进行前烘；
42.3)采用光刻机曝光、热板后烘、显影液显影的方法，在覆盖图形化的siox或sinx的绝缘钝化层的晶圆上形成图形化掩膜层，掩膜层为光敏型光刻胶；
43.4)使用蒸发或溅射的方法生长金属电极，金属电极为钛铂金或钛金；
44.5)采用剥离的方法去除图形化掩膜层及上面的金属，形成独立的金属电极图形的晶圆，最终制作完成的晶圆的剖面结构如图2所示，晶圆包括n型区域1，n型区域1上生长中间区域2，中间区域2上生长p型区域3，p型区域3上生长有图形化的siox或sinx的绝缘钝化层4和若干图形化的金属电极5，晶圆中心处的图形化的金属电极5间隔分布，晶圆外缘处的图形化的金属电极5呈环形分布，图形化的金属电极5与晶圆的p型区域3连接，如图1所示，中间部分金属电极5之间相互独立，没有连接在一起，图形化的金属电极5被绝缘钝化层4分隔开；晶圆的边缘1mm-2mm的区域没有siox或sinx的绝缘钝化层4；
45.旋涂光敏型光刻胶为l-300负型光刻胶，先在晶圆上滴5ml的光刻胶，再通过匀胶机将光刻胶均匀的覆盖在晶圆表面上；
46.图形化的金属电极5第一层为20nm-80nm的钛，第二层为10nm-50nm的铂，第三层为100nm-500nm的金；
47.曝光过程中使用i线，采用恒光强条件；
48.剥离过程中使用的剥离液为nmp；
49.所述的电源为直流电流源或脉冲电流源；
50.所述的p型区域主要由p型欧姆接触层、光栅层、p型覆盖层三种中的任意组合构成，其它与实施例1相同。上述晶圆、有源器件晶圆为
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族有源芯片晶圆。
51.金属电镀过程中电流的流动示意如图4中虚线所示，晶圆的边缘金属电极5与电源相连接，电流通过晶圆的p型区域3在整个晶圆内进行导电，与晶圆p型区域3相连接的绝缘钝化层4不导电，与晶圆p型区域3相连接的金属电极5导电，最终在独立的金属电极5上电镀
上金属的过程。电镀完的晶圆剖面如图3所示，只在独立的金属电极上电镀层7(金层)。

技术特征：
1.一种在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，其特征在于：包括如下步骤，s1：制作有源器件晶圆需要电镀的电极，即在晶圆的p型区域上形成图形化的siox或sinx的绝缘钝化层(4)和图形化的金属电极(5)；s2：将完成电极制作的晶圆放置于电镀治具上，电镀治具密封晶圆n型区域，晶圆p型区域暴露在外，形成电镀基板(6)；s3：将电镀基板(6)浸没于电镀液中，电镀液的温度为20℃-60℃，电镀溶液的ph5-9；s4：晶圆边缘连接电源负极，电镀液连接电源正极，电镀的直流电流为9ma-11ma，开启电源；s5：电镀35min-45min，形成电镀层(7)，将晶圆从电镀设备中取出，并清洗晶圆。2.根据权利要求1所述的在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，其特征在于：制作有源器件晶圆需要电镀的电极包括如下步骤，1)在覆盖图形化的siox或sinx的绝缘钝化层的晶圆上旋涂光敏型光刻胶，光刻胶覆盖整个晶圆；2)采用热板对光刻胶进行前烘；3)采用光刻机曝光、热板后烘、显影液显影的方法，在覆盖图形化的siox或sinx的绝缘钝化层的晶圆上形成图形化掩膜层，掩膜层为光敏型光刻胶；4)使用蒸发或溅射的方法生长金属电极，金属电极为钛铂金或钛金；5)采用剥离的方法去除图形化掩膜层及上面的金属，形成独立的金属电极图形的晶圆，晶圆包括n型区域(1)，n型区域(1)上生长中间区域(2)，中间区域(2)上生长p型区域(3)，p型区域(3)上生长有图形化的siox或sinx的绝缘钝化层(4)和若干图形化的金属电极(5)，晶圆中心处的图形化的金属电极(5)间隔分布，晶圆外缘处的图形化的金属电极(5)呈环形分布，图形化的金属电极(5)与晶圆的p型区域(3)连接。3.根据权利要求2所述的在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，其特征在于：旋涂光敏型光刻胶为l-300负型光刻胶，先在晶圆上滴5ml的光刻胶，再通过匀胶机将光刻胶均匀的覆盖在晶圆表面上。4.根据权利要求2所述的在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，其特征在于：图形化的金属电极(5)第一层为20nm-80nm的钛，第二层为10nm-50nm的铂，第三层为100nm-500nm的金。5.根据权利要求2所述的在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，其特征在于：曝光过程中使用i线，采用恒光强条件。6.根据权利要求2所述的在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，其特征在于：剥离过程中使用的剥离液为nmp。7.根据权利要求1所述的在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，其特征在于：所述的电源为直流电流源或脉冲电流源。

技术总结
本发明公开了一种在半导体晶圆电极表面电镀金属的方法，它属于


技术研发人员：李韶杰 季安 曹玉莲 刘雪刚
受保护的技术使用者：山东中科际联光电集成技术研究院有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/8/16