CN104465501A - 用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法，包括：将承载基片的上表面局部制备金属薄膜区作为电镀连通区；将超薄石英基片上表面制备金属薄膜作为待图形电镀面，与承载基片形成临时键合体；在待图形电镀面上形成键合区和图形化光刻胶区，将该键合区与电镀连通区通过金丝导通；电镀加厚金属电极层和保护金属层；去除所述金丝，将图形化光刻胶剥离干净，保护所述电镀连通区，将未电镀加厚区域的金属层刻蚀干净，再去除所述保护金属层；将所述超薄石英基片与所述承载基片分离。采用上述方案，可以在超薄石英基片上进行高精度线宽/线间距薄膜电路图形的电镀操作，而且导带尺寸能够精确控制，工艺简单易行，成本低廉，良品率高。

Description

用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法
技术领域
本发明涉及毫米波、亚毫米波集成电路制造技术领域，具体涉及一种用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法。
背景技术
目前，石英基片作为太赫兹频段部件普遍采用的电路基材，材料选择高纯度的各向同性熔融石英，原因在于在数百GHz频带内石英的介电常数较为稳定，损耗低于目前微波毫米波频段基板材料，其热和机械性能也较为稳定。石英基片上薄膜电路图形通常采用半导体集成电路工艺的大基片、多单元方式制备，加工精度可达微米级别。目前设计的超薄电路图形具备以下特征：1、基片厚度小到50μm或更薄；2、外形精度高，尤其是宽度精度已达0.01mm；3、电路图形最小线宽/线间距已达10μm甚至微米级；4、长宽比最大已接近50:1。但由于厚度小于等于50μm的石英基片具有超薄、尺寸小、易碎等特点，在其上集成具有精细线宽的单/双面薄膜电路就变得异常困难。在电路电镀方面的主要技术问题在于：如何克服石英基片超薄易碎和镀层侧向生长的缺陷，以实现在厚度小于等于50μm的石英基片单/双面薄膜电路图形上电镀制备小到10μm甚至微米级特征线宽尺寸的高精度功能涂层。
微波薄膜集成电路图形的传统制作方法有三种：一种是整板电镀深腐蚀法，即先整板电镀后光刻成型，属于减成法制作工艺；第二种是先光刻图形后电镀法，即先经过沉积种子层、光刻，(若有孤立导带，接着使用超声压焊金丝以实现电连接，)然后电镀金属层而达到要求。第三种是底层连接电镀法，即先对真空镀膜的基板进行光刻，腐蚀去除电路图形以外的表面膜层而保留下面的打底层(如Cr、TiW、Ta或TaN)，利用打底层来实现图形的电连接，然后进行电镀，这样就可在图形上镀上金属而在打底层上镀不上金属，最后腐蚀除去打底层即可。第一种方法不但成本高，且由于电镀膜层较厚，湿法腐蚀存在较大的腐蚀因子，使得带线的尺寸变小，精度变差；后面两种方法除了具有各自的缺点外(第二种方法压焊会引入导带上凹坑，工序繁琐，影响产品质量、可靠性和生产率；第三种方法打底层金属材料方阻范围选择不当或氧化钝化处理不当，打底层上容易产生金属镀点)，还会随着镀层厚度的增加，带线侧生长也增加，使带线尺寸增加，精度也变差。这三种方法都给导体尺寸的精确控制带来困难，从而影响器件的性能和成品率。
用图形电镀法制作的薄膜电路图形由于具有带线侧生长小、线条边缘陡直、图形分辨率高等优点而受到重视。图形电镀法，即带光刻胶电镀法，是指在真空镀膜的基础上先用反版做出光刻胶掩膜(除所需要的图形暴露外，其余的全用光刻胶掩膜掩蔽)，然后依靠光刻胶下面的金属种子层做图形的电连接进行电镀功能层，最后去胶腐蚀出图形。
现有技术提供了一种采用电路衬底背面减薄技术来实现用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法，包括：在一厚石英基片(称为器件衬底)上表面完成器件加工，形成薄膜电路图形；包括基片清洗、真空沉积金属薄膜、反版做出光刻胶掩膜、电镀、去胶、刻蚀出图形，接下来将承载衬底和/或器件衬底涂覆一层键合粘合剂，然后将两块衬底临时键合形成粘合体并转移至键合腔，小心地置于键合腔中央，提高温度后在真空中进行键合。临时键合后，对该衬底叠层进行背面加工，包括减薄至目标厚度、金属化和电镀等，再将形成薄膜电路图形的薄石英基片从承载衬底上剥离下来。
采用电路衬底背面减薄技术来实现用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法，最大缺点是图形电镀后衬底背面减薄时所用的临时键合机、抛光机和临时解键合机等必备辅助设备价格昂贵且工艺复杂，而且用到的临时键合材料选择面受限度较大。
专利申请号为201310617579.1的专利另外提供了一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法，属于上述的第二种电镀方法，即先光刻图形后电镀法，电镀时会随着镀层厚度的增加，带线侧生长也增加，使带线尺寸增大，精度也变差，给导体尺寸的精确控制带来困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法，以改进目前存在的超薄石英基片薄膜电路的电镀方法存在的不足，实现在超薄石英基片上进行高精度线宽/线间距薄膜电路图形的电镀操作，降低成本，提高成品率。
为达上述目的，本发明提供了一种用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法，其包括：
将承载基片的上表面进行抛光，并在抛光面的局部制备金属薄膜区作为电镀连通区；
将超薄石英基片双面抛光，在其上表面制备金属薄膜作为待图形电镀面，下表面通过光刻胶湿膜与所述承载基片的抛光面上未制备金属薄膜的区域粘接形成临时键合体；
通过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影及后烘，在所述临时键合体的待图形电镀面上形成键合区和图形化光刻胶区，并将该键合区与所述电镀连通区通过金丝导通；
在该临时键合体上先后电镀加厚金属电极层和保护金属层；
去除所述金丝，将图形化光刻胶剥离干净，保护所述电镀连通区，将未电镀加厚区域的金属层刻蚀干净，再去除所述保护金属层；
将所述超薄石英基片与所述承载基片分离。
上述技术方案具有如下有益效果：
上述技术方案使用基于超薄石英基片与承载基片的临时键合与解键合技术做支撑，将超薄石英基片下表面与承载基片局部金属化的抛光面粘接形成临时键合体，通过金丝互连形成导电通路，进而实现超薄石英基片薄膜电路的图形电镀操作，在该临时键合体上先后电镀加厚金属电极层和保护金属层；去除所述金丝，将图形化光刻胶剥离干净，保护所述电镀连通区，将未电镀加厚区域的金属层刻蚀干净，再去除所述保护金属层，最后再将所属超薄石英基片与所述承载基片分离。采用上述方案，可以在超薄石英基片上进行高精度线宽/线间距薄膜电路图形的电镀操作，而且导带尺寸能够精确控制，工艺简单易行，成本低廉，良品率高。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀的方法流程图；
图2是本发明实施例二中，临时键合体结构示意图；
图3是本发明实施例二中，形成图形化光刻胶后的临时键合体示意图；
图4是本发明实施例二中，电镀加厚金属电极层和保护金属层后的临时键合体示意图；
图5是本发明实施例二中，刻蚀后的临时键合体示意图；
图6是本发明实施例二得到的超薄石英基片薄膜电路示意图。
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。
基于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例针对超薄石英基片薄膜电路提供一种全新的图形电镀方法。该方法使用基于超薄石英衬底的临时键合与解键合技术做支撑，采用紫外敏感正性光刻胶作为粘结剂将超薄石英基片背面与承载基片局部金属化的抛光面粘接形成临时键合体，通过金丝互连形成导电通路，进而实现超薄石英基片薄膜电路的图形电镀操作。该方法可以在超薄石英基片上进行高精度线宽/线间距薄膜电路图形的电镀操作，而且导带尺寸能够精确控制，工艺简单易行，成本低廉，良品率高。以下通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
如图1所示，为本发明提供的一种用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤101，将承载基片的上表面进行抛光，并在抛光面的局部制备金属薄膜区作为电镀连通区；
步骤102，将超薄石英基片双面抛光，在其上表面制备金属薄膜作为待图形电镀面，下表面通过光刻胶湿膜与所述承载基片的抛光面上未制备金属薄膜的区域粘接形成临时键合体；
步骤103，通过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影及后烘，在所述临时键合体的待图形电镀面上形成键合区和图形化光刻胶区，并将该键合区与所述电镀连通区通过金丝导通；
步骤104，在该临时键合体上先后电镀加厚金属电极层和保护金属层；
步骤105，去除所述金丝，将图形化光刻胶剥离干净，保护所述电镀连通区，将未电镀加厚区域的金属层刻蚀干净，再去除所述保护金属层；
步骤106，将所述超薄石英基片与所述承载基片分离。
可选的，所述超薄石英基片的下表面为无金属薄膜表面，或为由金属薄膜图形和键合区组成的导电通路表面，或为全板薄膜金属化接地面。
较佳的，步骤102中，所述超薄石英基片的下表面通过光刻胶湿膜与所述承载基片的抛光面上未制备金属薄膜的区域粘接形成临时键合体，包括：在所述承载基片抛光面上涂覆一层光刻胶湿膜，将所述超薄石英基片的下表面通过真空笔吸附迅速贴合在所述承载基片抛光面上未制备金属薄膜的区域的光刻胶湿膜上，然后在80-90℃温度下干燥10分钟或在110℃温度下干燥5分钟。
本发明优选的，步骤102中，所述光刻胶为紫外敏感正性光刻胶；所述光刻胶湿膜的涂覆方法为旋转涂覆法或喷雾式涂布法。
可选的，所述电镀，采用挂镀方式，电镀液与电镀的金属材料相对应，且每一种电镀液仅电镀加厚相对应的金属。
本发明优选的，步骤106中，所述将所述超薄石英基片与所述承载基片分离，包括：
将所述临时键合体用丙酮在室温下超声波处理10分钟，以便将粘结用光刻胶去除干净；
将所述承载基片与所述超薄石英基片分离，然后将超薄石英基片用去离子水清洗干净，干燥。
本发明优选的，所述超薄石英基片的形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状；厚度为30μm-50μm；平面面积为1cm2-60cm2。
本发明优选的，所述承载基片的形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状；平面面积大于或等于所述超薄石英基片的面积；厚度为0.254mm-0.65mm；所述承载基片的材料为纯度99.6％-100％的氧化铝基片或纯度98％的氮化铝基片或蓝宝石基片或石英基片；所述承载基片上的电镀连通区的金属薄膜与所述超薄石英基片上的金属薄膜材料可相同或不同。
实施例二
下面，将结合附图2、3、4、5及6，以一具体实例对本发明进行说明。
如图2所示，首先提供一超薄石英基片502和一承载基片504。超薄石英基片502双面抛光，形状为正方形，厚度为50μm，平面尺寸为20mm×20mm，待电镀表面真空沉积了金属薄膜503，金属薄膜503材料为TiW/Au薄膜，TiW、Au薄膜厚度分别为50nm和200nm，采用磁控溅射技术制备，超薄石英基片502非待电镀表面为无金属薄膜表面；承载基片504单面抛光，材料为纯度99.6％的氧化铝陶瓷，平面尺寸为50.8mm×50.8mm，厚度为0.5mm。承载基片504上有一局部金属化薄膜区作为电镀连通区506，电镀连通区506材料为TaN/TiW/Au薄膜，通过磁控溅射技术制备，TaN、TiW、Au薄膜厚度分别为50nm、50nm和200nm。
如图2所示，将超薄石英基片502待电镀表面朝上，背面与承载基片504抛光面非金属化薄膜区域通过光刻胶505粘接形成一临时键合体。具体方法为：在承载基片504抛光面上旋转涂布一层RZJ-390PG型正性光刻胶湿膜，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为20s，然后将超薄石英基片502待电镀表面朝上通过真空笔吸附迅速放置在该承载基片非金属化薄膜区域的光刻胶湿膜上，接下来在90℃下干燥10min。
如图3所示，在临时键合体超薄石英基片502的金属薄膜503表面上旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速6000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm2，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影30s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟。经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影和后烘一系列步骤，就在该临时键合体超薄石英基片502的金属薄膜503上表面得到图形化光刻胶区507和键合区508。再将承载基片504的电镀连通区506与超薄石英基片待电镀表面的键合区508通过18μm金丝509楔焊互连导通。
如图4所示，将互连导通的临时键合体浸入25℃除油剂中处理60s，用去离子水快速冲洗30s，接着将该临时键合体放入盐酸中微蚀60s，用去离子水快速冲洗30s，然后接通电源，将电流密度设置为6mA/cm2，预镀金10s，再将电流密度和电镀时间分别设置为4mA/cm2和15min，制备金镀层3μm。电镀金后，再接着电镀3μm铜镀层。将互连导通的临时键合体依次经过除油、酸洗、挂镀方式电镀金、电镀铜一系列步骤，则在该临时键合体的超薄石英基片502待电镀表面图形化光刻胶区507之外区域实现了电镀金镀层510和保护金属层511的制作。
接下来，先使用手术刀将互连金丝509去除干净，然后使用丙酮在室温下清洗30s，将超薄石英基片502上表面的图形化光刻胶507剥离干净，再使用光刻胶512保护电镀连通区506。用碘-碘化钾溶液在室温下腐蚀溅射的Au薄膜，腐蚀干净后，再使用双氧水在室温下腐蚀TiW薄膜，则在该临时键合体超薄石英基片502上将电镀层外(即图形化光刻胶区507所在位置处)的金属薄膜503刻蚀完成。再使用三氯化铁溶液将保护金属层511刻蚀，则完成了在超薄石英基片502上薄膜电路的图形电镀制作。图形电镀制作完成之后的键合体如图5所示。
使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，顺利地将承载基片504和表面完成图形电镀的超薄石英基片502分离，然后将超薄石英基片502用去离子水清洗干净，干燥，即完成了超薄石英基片502薄膜电路的图形电镀制作。分离之后得到的超薄石英基片薄膜电路如图6所示。
综上所述，本发明的用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法，使用基于超薄石英衬底的临时键合与解键合技术做支撑，采用紫外敏感正性光刻胶作为粘结剂将超薄石英基片背面与承载基片局部金属化的抛光面粘接形成临时键合体，通过金丝互连形成导电通路，进而实现超薄石英基片薄膜电路的图形电镀操作。采用上述方案，可以在超薄石英基片上进行高精度线宽/线间距薄膜电路图形的电镀操作，而且导带尺寸能够精确控制，工艺简单易行，成本低廉，良品率高。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrativelogical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrativecomponents)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于超薄石英基片薄膜电路的图形电镀方法，其特征在于，包括：
将承载基片的上表面进行抛光，并在抛光面的局部制备金属薄膜区作为电镀连通区；
将超薄石英基片双面抛光，在其上表面制备金属薄膜作为待图形电镀面，下表面通过光刻胶湿膜与所述承载基片的抛光面上未制备金属薄膜的区域粘接形成临时键合体；
通过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影及后烘，在所述临时键合体的待图形电镀面上形成键合区和图形化光刻胶区，并将该键合区与所述电镀连通区通过金丝导通；
在该临时键合体上先后电镀加厚金属电极层和保护金属层；
去除所述金丝，将图形化光刻胶剥离干净，保护所述电镀连通区，将未电镀加厚区域的金属层刻蚀干净，再去除所述保护金属层；
将所述超薄石英基片与所述承载基片分离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超薄石英基片的下表面为无金属薄膜表面，或为由金属薄膜图形和键合区组成的导电通路表面，或为全板薄膜金属化接地面。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超薄石英基片的下表面通过光刻胶湿膜与所述承载基片的抛光面上未制备金属薄膜的区域粘接形成临时键合体，包括：在所述承载基片抛光面上涂覆一层光刻胶湿膜，将所述超薄石英基片的下表面通过真空笔吸附迅速贴合在所述承载基片抛光面上未制备金属薄膜的区域的光刻胶湿膜上，然后在80-90℃温度下干燥10分钟或在110℃温度下干燥5分钟。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光刻胶为紫外敏感正性光刻胶；所述光刻胶湿膜的涂覆方法为旋转涂覆法或喷雾式涂布法。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀，采用挂镀方式，电镀液与电镀的金属材料相对应，且每一种电镀液仅电镀加厚相对应的金属。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述超薄石英基片与所述承载基片分离，包括：
将所述临时键合体用丙酮在室温下超声波处理10分钟，以便将粘结用光刻胶去除干净；
将所述承载基片与所述超薄石英基片分离，然后将超薄石英基片用去离子水清洗干净，干燥。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超薄石英基片的形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状；厚度为30μm-50μm；平面面积为1cm2-60cm2。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述承载基片的形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状；平面面积大于或等于所述超薄石英基片的面积；厚度为0.254mm-0.65mm；所述承载基片的材料为纯度99.6％-100％的氧化铝基片或纯度98％的氮化铝基片或蓝宝石基片或石英基片；所述承载基片上的电镀连通区的金属薄膜与所述超薄石英基片上的金属薄膜材料可相同或不同。
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