一种调节半导体器件镀膜均匀性的装置及方法与流程

1.本发明属于半导体技术领域，更具体地，涉及一种调节半导体器件镀膜均匀性的装置及方法。


背景技术：

2.随着5g通讯和人工智能(ai)时代的到来，应用于此类相关领域的芯片所要传输和高速交互处理的数据量非常巨大，移动互联网以及物联网方面的需求越来越强劲，电子终端产品的小型化和多功能化成为产业发展的大趋势。如何将不同种类的高密度芯片集成封装在一起构成一个功能强大且体积功耗又比较小的系统或者子系统，成为半导体芯片先进封装领域的一大挑战。
3.化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。在现在的半导体制造工艺中，化学镀其具有镀层均匀性好，镀层金属颗粒小、粗糙度好，金属致密性强，镀层粘附性好等优点，越来越被广泛关注和使用。
4.但随着半导体制造的技术发展，在某些领域，例如超算芯片制造，因为其i/o电极数量的增加，化学镀也面临着芯片的内镀膜效果不均匀的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种调节半导体器件镀膜均匀性的装置及方法，至少解决半导体器件在化学镀工艺过程中镀膜不均匀的技术问题。
6.为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种调节半导体器件镀膜均匀性的装置，包括：
7.半导体器件，所述半导体器件包括第一芯片以及位于所述第一芯片上的第一焊垫、第一晶圆以及位于所述第一晶圆上的第二焊垫，所述第一焊垫和所述第二焊垫之间相对设置且围成空隙；
8.交换活化装置，位于所述半导体器件的下方，用于调整镀液的流动状态；
9.槽体，所述槽体位于所述半导体器件的下方及侧壁，用于调节镀液交换的速率。
10.可选地，所述槽体包括化镀内槽和化镀外槽。
11.可选地，所述化镀内槽的底部设置声波震动装置，用于调节镀液交换的频率。
12.可选地，所述化镀内槽上设置有镀液增压装置，用于将镀液进入所述空隙中。
13.可选地，所述镀液增压装置包括镀液增压喷头，所述镀液增压喷头位于所述化镀内槽的底部以及侧壁，用于调整镀液的流动方向。
14.可选地，还包括：
15.支撑架，所述支撑架位于所述半导体器件的上方且与所述半导体器件连接，用于调整所述半导体器件的位置。
16.可选地，还包括：
17.预浸装置，用于将所述半导体器件浸润。
18.可选地，所述空隙的高度为1-100μm，所述第一芯片长宽尺寸为0.1-100mm，第一焊垫和/或第二焊垫的长宽尺寸为1-200μm。
19.另一方面，本发明还提供一种调节半导体器件镀膜均匀性的方法，利用以上所述的装置，该方法具体包括：
20.步骤一：将所述半导体器件进行真空预浸；
21.步骤二：预浸之后，利用该装置对所述半导体器件进行镀膜。
22.可选地，在预浸之后且镀膜之前，还包括：
23.对半导体器件进行脏污处理以及去除所述第一焊垫、第二焊垫表面的氧化物；
24.去除氧化物之后，在所述第一焊垫和第二焊垫的表面依次进行一次成锌工艺和二次成锌工艺；在进行二次成锌工艺之前，将一次成锌工艺过程形成的锌进行剥离处理；
25.在镀膜之后，还包括：
26.对所述半导体器件进行清洗和甩干。
27.可选地，该方法运用单片式化镀机对所述半导体器件进行镀膜。
28.本发明的有益效果在于：
29.本发明通过在半导体器件的下方设置交换活化装置，使镀液在到达第一晶圆表面时能够处于一种高速流动状态，增加第一芯片的第一焊垫与第一晶圆的第二焊垫之间的镀液交换的速率，从而提高半导体器件镀膜的均匀性。
30.进一步地，在化镀内槽的底部设置可调节频率的声波震动装置能够让镀液有规律的震动，从而进行有效交换，提高半导体器件镀膜的均匀性。
31.进一步地，将化镀内槽设有镀液增压装置，可以将镀液通过压力压进半导体器件的空隙进行充分有效的镀膜。
32.进一步地，镀液增压装置包括镀液增压喷头，并将其设置在化镀内槽的底部以及侧壁，用于调整镀液的流动方向，并将镀液与焊垫有效接触，提高镀膜的均匀性。进一步地，将化镀机从批量式改为单片式，使得镀膜均匀性更容易控制。
33.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
34.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
35.图1示出了实施例1的一种调节半导体器件镀膜均匀性的装置的结构示意图。
36.图2示出了实施例2的一种调节半导体器件镀膜均匀性的方法的流程图。
37.附图标记：1、空隙；10、支撑架；20、第一芯片；21、第一焊垫；30、第一晶圆；31、第二焊垫；40、镀液；41、声波震动装置；42、镀液增压喷头；50、化镀内槽；60、化镀外槽；70、交换活化装置。
具体实施方式
38.以下结合附图和具体实施例对本发明的一种调节半导体器件镀膜均匀性的装置
及方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
39.在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
40.实施例1
41.参考图1，本发明提供一种调节半导体器件镀膜均匀性的装置，包括：
42.半导体器件，所述半导体器件包括第一芯片20以及位于所述第一芯片20上的第一焊垫21、第一晶圆30以及位于所述第一晶圆30上的第二焊垫31，所述第一焊垫21和所述第二焊垫31之间相对设置且围成空隙1；
43.交换活化装置70，位于所述半导体器件的下方，用于调整镀液40的流动状态，从而提高所述第一焊垫21和所述第二焊垫31的镀液40交换的速率；
44.槽体，所述槽体位于所述半导体器件的下方及侧壁，用于调节镀液40交换的速率。
45.具体地，在半导体器件的下方设置交换活化装置70，使镀液40在到达第一晶圆30表面时处于一种高速流动状态，增加第一芯片20的第一焊垫21与第一晶圆30的第二焊垫31之间的镀液40交换的速率，从而提高半导体器件镀膜的均匀性。
46.在本实施例中，所述第一晶圆30为为硅衬底。在其他实施例中，所述第一晶圆30的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等其他半导体材料，半导体衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等其他类型的衬底。所述半导体材料可以是适宜于工艺需要或易于集成的材料。根据实际工艺需求，所述第一晶圆30的厚度为20微米至50微米。
47.该第一焊垫21可以是焊盘(pad)，但不限于焊盘，也可以是其他具有电连接功能的导电块，此处不再限制。第一焊垫21、第二焊垫31的材料选自铜、钛、铝、金、镍、铁或铬中的任意一种或它们的任意组合。
48.第一芯片20可以是包括具有cmos、cis、二极管、三极管至少之一的pn结器件；第一芯片20可以是无源器件或者有源器件，无源器件包括电容、电感、滤光片、mlcc、连接件(起电连接作用的电连接块)，有源器件可以包括传感器模组芯片、mems芯片、滤波器芯片、逻辑芯片、存储芯片；第一芯片20可以是中央处理器芯片、微处理器芯片、模数转换芯片的至少之一；第一芯片20还可以是包括具有塑封层的芯片、设有屏蔽层或吸收层的芯片、一面暴露插塞的芯片或具有空气开口的芯片的至少之一。
49.空隙1的高度为1-100μm，所述第一芯片20长宽尺寸为0.1-100mm，第一焊垫21和/或第二焊垫31的尺寸为1-200μm，能够提高后续镀膜的均匀性；空隙1为后续的镀膜工作做
准备，后续会在空隙1中形成第一导电凸块，以实现第一焊垫21和第二焊垫31的电连接。
50.具体地，槽体设计成加压式的，可以将镀液40通过压力压进半导体器件的空隙1进行充分有效的接触。
51.具体地，所述槽体包括化镀内槽50和化镀外槽60。通过设置多槽体能够配比不同浓度的镀液40来控制不同阶段的金属生长速率，从而进一步提高镀膜的均匀性。
52.具体地，所述化镀内槽50的底部设置可调频率的声波震动装置41，能够用于调节镀液40交换的频率。
53.具体地，所述化镀内槽50上设置有包括镀液增压喷头42的镀液增压装置，用于将镀液40进入所述空隙1中，所述镀液增压喷头42位于所述化镀内槽50的底部以及侧壁，用于调整镀液40的流动方向，使镀液40通过交换活化装置后更均匀。
54.镀液增压喷头42还可以为具有特殊方向的喷淋头并在喷淋头里分不同区域，用多个化学压力泵(图中未示出)和流量计(图中未示出)来控制液体对第一晶圆30表面的活化，让其焊垫与镀液40有效接触。
55.具体地，该装置还包括支撑架10，所述支撑架10位于所述半导体器件的上方且与所述半导体器件连接，该支撑架10能够带动半导体器件进行旋转、横向移动并可有规律的抖动，确保半导体器件在镀膜过程中可以旋转、移动，以提高镀膜的均匀性。
56.具体地，该装置还包括预浸装置(图中未示出)，用于将所述半导体器件浸润，排除气泡。需要说明的是，该预浸装置用于在镀膜前，使第一芯片20和第一晶圆30上的各焊垫表面和焊垫之间充分浸润，排除气泡。
57.本发明通过在半导体器件的下方设置交换活化装置70，使镀液40在到达第一晶圆30表面时能够处于一种高速流动状态，增加第一芯片20的第一焊垫21与第一晶圆30的第二焊垫31之间的镀液40交换的速率，从而提高半导体器件镀膜的均匀性。
58.实施例2
59.参考图2，本发明还提供一种调节半导体器件镀膜均匀性的方法，利用实施例1所述的装置，该方法具体包括：
60.s1：将所述半导体器件进行真空预浸；
61.s2：预浸之后，利用该装置对所述半导体器件进行镀膜。
62.具体地，在预浸之后且镀膜之前，还包括：
63.对半导体器件进行脏污处理以及去除所述第一焊垫21、第二焊垫3131表面的氧化物；
64.去除氧化物之后，在所述第一焊垫21和第二焊垫3131的表面依次进行一次成锌工艺和二次成锌工艺；在进行二次成锌工艺之前，将一次成锌工艺过程形成的锌进行剥离处理；该步骤为传统的化学镀工艺步骤，此处不做详细赘述。
65.在本实施例中，通过多槽体配比不同浓度的镀液40来控制不同阶段的金属生长速率，通过多个阶段完全镀膜，本实施例的次数为三次。
66.在镀膜之后，还包括：
67.对所述半导体器件进行清洗和甩干。
68.可选地，该方法运用单片式化镀机对所述半导体器件进行镀膜。将化镀机从批量式改为单片式，使得镀膜均匀性更容易控制。
69.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。