CN103346094A

CN103346094A - 一种微波薄膜电路的刻蚀方法

Info

Publication number: CN103346094A
Application number: CN2013102518665A
Authority: CN
Inventors: 王进; 马子腾; 刘金现
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CETC 41 Institute
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: CN103346094B

Abstract

本发明提出了一种微波薄膜电路的刻蚀方法，包括以下步骤：步骤(a)，提供一种介质基片；步骤(b)，采用真空溅射镀膜的方法在所述介质基片上形成一层复合金属膜层；步骤(c)，采用光刻的方法在所述介质基片上附着上一层光刻胶，并去除电路图形部分的光刻胶，保留非电路图形部分的光刻胶；步骤(d)，对具有光刻胶保护的所述介质基片进行电镀，使电路图形部分的镀膜金属层加厚到需要的厚度；步骤(e)，对电镀后的介质基片进行电镀金属掩膜加工，在电镀加厚的电路图形部分再电镀形成一层金属掩膜；步骤(f)，电镀加工完成后，去除光刻胶，并去除非电路图形部分的金属层，形成电路图形；步骤(g)，去除电路图形附着的金属掩膜。

Description

一种微波薄膜电路的刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种微波薄膜电路的刻蚀方法。

背景技术

微波薄膜电路与其他类型的电路相比，具有互连密度高和线条精度高的优点，可实现小孔金属化、集成电阻、电容和电感等无源元件，制造高功率电路，整个封装结构具有系统级功能等突出特点，在通信和航天领域中的微波毫米波电路上具有广泛的应用，是一种非常有潜力的微波电路基板技术。

微波薄膜电路是采用真空镀膜工艺以及紫外光刻、湿法刻蚀和干法刻蚀等图形形成技术，在陶瓷、石英等抛光的基板上制作导体、集成电阻、电感无源器件和绝缘介质的电路结构。由于溅射涂覆的金属层一般都很薄，为减少传输线传输损耗，通常采用电镀的方法对电路金属层进行电镀加厚以满足使用要求。

在实际加工过程中，对于存在孤岛的电路图形，需要采用带胶电镀法来实现电路的导通电镀。具体的加工过程是首先采用真空镀膜的方法在陶瓷基片上沉积一层TaN/TiW/Au复合膜层(或其他的、满足设计需求的膜层结构)，然后使用涂胶机或喷胶机在复合膜层上涂覆一层光刻胶，通过掩膜曝光显影，去除电路图形部分附着的光刻胶，露出底层的金属层，根据光刻胶的特性进行坚膜处理后进行带胶电镀。由于非图形的部分被光刻胶覆盖，无法电镀上金，露出的图形部分就实现了电镀加厚。带胶电镀完成后，需要对电镀加厚的电路图形进行保护，刻蚀去除非图形部分的金属层。在刻蚀过程中对电路图形的保护成为电路制作的关键点，如果对电路图形保护不充分，将造成电路图形腐蚀，电路尺寸精度变差，影响电路性能。

现在一般采用的工艺方法是电镀加工完成后，先去除原来的光刻胶，然后在整个基片上涂覆新的光刻胶，并使用掩膜板套刻，保留需要保护的图形部分附着的光刻胶，去除非图形部分的光刻胶，接着把没有光刻胶保护的、非图形部分的金属层刻蚀掉，最后去除光刻胶形成最终的电路图形。

采用光刻胶保护电路图形的刻蚀方法，在加工过程中存在二次套刻对准误差，将明显地降低成品率和产品质量。此外这种方法需要制作额外的掩膜板，增加了生产成本。另外需要进行二次光刻操作，相对复杂，生产效率低。

因此，需要开发一种新的简单易行光刻保护图形工艺，容易在图形表面形成一层保护金属掩膜，解决二次光刻带来的对准误差，保证图形加工质量，提高生产效率、降低生产成本。

发明内容

本发明提出一种微波薄膜电路的刻蚀方法，解决了现有光刻胶保护工艺在微波薄膜电路刻蚀过程中对薄膜电路图形保护的难题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种微波薄膜电路的刻蚀方法，包括以下步骤：步骤(a)，提供一种介质基片；步骤(b)，采用真空溅射镀膜的方法在所述介质基片上形成一层复合金属膜层；步骤(c)，采用光刻的方法在所述介质基片上附着上一层光刻胶，并去除电路图形部分的光刻胶，保留非电路图形部分的光刻胶；步骤(d)，对具有光刻胶保护的所述介质基片进行电镀，使电路图形部分的镀膜金属层加厚到需要的厚度；步骤(e)，对电镀后的介质基片进行电镀金属掩膜加工，在电镀加厚的电路图形部分再电镀形成一层金属掩膜；步骤(f)，电镀加工完成后，去除光刻胶，并去除非电路图形部分的金属层，形成电路图形；步骤(g)，去除电路图形附着的金属掩膜，形成最终的电路图形。

可选地，所述金属膜层为TaN/TiW/Au复合膜层。

可选地，所述介质基片为纯度99.6％以上的氧化铝基片或纯度98％的氮化铝基片或蓝宝石基片，基片的厚度范围为：0.1mm～0.65mm。

可选地，所述采用真空溅射镀膜的方法在所述介质基片上形成一层金属膜层的步骤具体为：先用清洗剂把介质基片表面污染物去除干净，再用真空溅射的方法在介质基片上形成一层TaN/TiW/Au复合膜层。

可选地，所述金属膜层的厚度范围为：0.1μm～0.4μm。

可选地，所述步骤(c)中的光刻方法具体为：匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜。

可选地，所述步骤(d)中电镀的金属层为金层，厚度范围为3μm～5μm。

可选地，所述步骤(e)中电镀的金属掩膜为铜层，厚度范围为3μm～4μm。

可选地，所述步骤(f)中去除光刻胶步骤采用碱液去除或者等离子去胶机去除，所述去除非电路图形部分的金属层步骤采用刻蚀金属层的腐蚀溶液去除或者采用等离子刻蚀机去除。

可选地，所述步骤(g)中采用150g/L的三氯化铁溶液去除金属掩膜铜层。

本发明的有益效果是：

(1)由于是在同一定义图形下进行电镀，所以电镀图形层与金属掩膜层完全重合，不存在错位偏差问题；

(2)金属掩膜形成后去除光刻胶，由于电路图形有金属膜层的保护，可以直接刻蚀去掉非图形部分，然后把金属掩膜去除形成最终的需要的电路图形，此方法操作简单、成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种微波薄膜电路的刻蚀方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种微波薄膜电路的刻蚀方法，解决微波薄膜电路刻蚀过程中对薄膜电路图形保护的难题，解决了现有光刻胶保护工艺存在的操作工序复杂、套刻对准精度差、成本高、生产效率低等问题。

如图1所示，本发明的一种微波薄膜电路的刻蚀方法，包括以下步骤：步骤(a)，提供一种介质基片；步骤(b)，采用真空溅射镀膜的方法在所述介质基片上形成一层复合金属膜层；步骤(c)，采用光刻的方法在所述介质基片上附着上一层光刻胶，并去除电路图形部分的光刻胶，保留非电路图形部分的光刻胶；步骤(d)，对具有光刻胶保护的所述介质基片进行电镀，使电路图形部分的镀膜金属层加厚到需要的厚度；步骤(e)，对电镀后的介质基片进行电镀金属掩膜加工，在电镀加厚的电路图形部分再电镀形成一层金属掩膜；步骤(f)，电镀加工完成后，去除光刻胶，并去除非电路图形部分的金属层，形成电路图形；步骤(g)，去除电路图形附着的金属掩膜，形成最终的电路图形。下面对步骤(a)至步骤(g)进行详细阐述：

上述步骤(a)至步骤(g)中，介质基片为纯度99.6％以上的氧化铝基片或纯度98％的氮化铝基片或蓝宝石基片，基片的厚度范围为：0.1mm～0.65mm。步骤(b)中，采用真空溅射镀膜的方法在介质基片上形成一层金属膜层，其步骤包括：先用清洗剂把介质基片表面污染物去除干净，再用真空溅射的方法在介质基片上形成一层金属膜层，例如，采用水剂超声波清洗和有机溶剂超声波清洗介质基片，真空溅射的金属膜层为TaN/TiW/Au复合膜层，金属膜层的厚度范围为：0.1μm～0.4μm。步骤(c)中，光刻方法具体为：匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜，其中，匀胶步骤，是在金属膜层上涂覆一层光刻胶，例如采用旋转涂布法，用匀胶机在金属膜层上涂覆一层均匀的正性光刻胶(RZJ-390型)，涂胶转速一般为2000转～3000转/分，涂胶厚度1-2μm；前烘步骤，是对涂覆的光刻胶进行烘焙挥发部分溶剂，可以采用烘箱或热板进行烘焙，例如在90℃烘箱内加热3～5min；曝光步骤，使用紫外光刻机用掩膜胶版对光刻图形部分进行紫外曝光，曝光时间约为40s；显影步骤，使用显影液把曝光过的光刻胶进行去除的操作，例如用沉浸法去除，浸泡时间约为1分钟；坚膜步骤，是对光刻胶进一步烘焙去除溶剂，可以采用烘箱或者热板进行烘焙，例如在90℃烘箱内加热10～15min。步骤(d)中，电镀的金属层是金层，电镀厚度范围为：3μm～5μm，例如可以采用柠檬酸金钾电镀液直流电镀金，电流密度是3～10mA/cm²，由于非图形部分有光刻胶保护，因此只能对图形部分进行电镀加厚。步骤(e)中，电镀的金属掩膜为铜层，厚度范围为3μm～4μm，例如采用硫酸铜电镀液直流电镀铜，电流密度是10～20mA/cm²，由于非图形部分有光刻胶保护，因此只能对图形部分进行电镀金属掩膜加厚。步骤(f)中，去除光刻胶步骤采用碱液去除或者等离子去胶机去除，碱液的浓度为10～30％(质量分数)，去除非电路图形部分的金属层步骤采用刻蚀金属层的腐蚀溶液去除或者采用等离子刻蚀机去除。步骤(g)中，去除金属掩膜使用一种能腐蚀金属掩膜保护层的腐蚀溶液去除金属掩膜，同时腐蚀液不能对电路金属层产生腐蚀，对于铜金属掩膜层一般用150g/L的三氯化铁溶液去除。三氯化铁对钽、钛钨、金层都不会产生腐蚀，对电路镀膜层不会带来影响。

下面结合具体的实施例进一步说明本发明的详细工艺方法和步骤。

根据本发明微波薄膜电路刻蚀方法的一个实施例，介质基片为纯度99.6％以上的氧化铝陶瓷，平面尺寸为50.8mm×50.8mm，厚度为0.635mm。介质基片表面涂覆一层TaN/TiW/Au复合金属膜层。在涂有金属膜层的介质基片涂覆一层正性光刻胶。用光刻的方法，去除介质基片电路图形部分光刻胶，而非图形部分用光刻胶保护好。通过直流电镀的方法对定义出的电路图形区域部分进行电镀金操作，形成金层厚度为3μm电路图形。通过直流电镀的方法对定义出的电路图形区域进行电镀铜操作，形成金层厚度为3μm、铜层厚度为3μm电路图形。去除光刻胶的电镀介质基片。腐蚀完非电路图形部分，一般用碘和碘化钾溶液刻蚀金层，刻蚀液也会对掩膜铜层造成刻蚀，但由于铜会与金刻蚀液反应形成白色的碘化亚铜，会阻值铜层的进一步被腐蚀，另外溅射的非图形部分的金层很薄只有0.1-0.4μm厚度，相对于3um金属掩膜铜层厚度相差很大，非图形部分的金层在很短的时间就会被刻蚀完成，因此金属掩膜铜层能够对电镀图形部分的金层形成良好的保护，最终形成带有掩膜铜层的电路图形。用150g/L的三氯化铁溶液去掉金层上面金属掩膜铜层最终形成的电路图形。

综上所述，本发明的一种微波薄膜电路刻蚀方法，由于是在同一定义图形下进行电镀，所以电镀图形层与金属掩膜层完全重合，不存在错位偏差问题。金属掩膜形成后去除光刻胶，由于电路图形有金属膜层的保护，可以直接刻蚀去掉非图形部分，然后把金属掩膜去除形成最终的需要的电路图形。同时此方法操作简单、成本低，值得在生产中加以推广。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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

1.一种微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(a)，提供一种介质基片；

步骤(b)，采用真空溅射镀膜的方法在所述介质基片上形成一层复合金属膜层；

步骤(c)，采用光刻的方法在所述介质基片上附着上一层光刻胶，并去除电路图形部分的光刻胶，保留非电路图形部分的光刻胶；

步骤(d)，对具有光刻胶保护的所述介质基片进行电镀，使电路图形部分的镀膜金属层加厚到需要的厚度；

步骤(e)，对电镀后的介质基片进行电镀金属掩膜加工，在电镀加厚的电路图形部分再电镀形成一层金属掩膜；

步骤(f)，电镀加工完成后，去除光刻胶，并去除非电路图形部分的金属层，形成电路图形；

步骤(g)，去除电路图形附着的金属掩膜，形成最终的电路图形。

2.如权利要求1所述的微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，所述金属膜层为TaN/TiW/Au复合膜层。

3.如权利要求1所述的微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，所述介质基片为纯度99.6％以上的氧化铝基片或纯度98％的氮化铝基片或蓝宝石基片，基片的厚度范围为：0.1mm～0.65mm。

4.如权利要求1所述的微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，所述采用真空溅射镀膜的方法在所述介质基片上形成一层金属膜层的步骤具体为：先用清洗剂把介质基片表面污染物去除干净，再用真空溅射的方法在介质基片上形成一层TaN/TiW/Au复合膜层。

5.如权利要求4所述的微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，所述金属膜层的厚度范围为：0.1μm～0.4μm。

6.如权利要求1所述的微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤(c)中的光刻方法具体为：匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜。

7.如权利要求1所述的微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤(d)中电镀的金属层为金层，厚度范围为3μm～5μm。

8.如权利要求1所述的微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤(e)中电镀的金属掩膜为铜层，厚度范围为3μm～4μm。

9.如权利要求1所述的微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤(f)中去除光刻胶步骤采用碱液去除或者等离子去胶机去除，所述去除非电路图形部分的金属层步骤采用刻蚀金属层的腐蚀溶液去除或者采用等离子刻蚀机去除。

10.如权利要求8所述的微波薄膜电路的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤(g)中采用150g/L的三氯化铁溶液去除金属掩膜铜层。