CN104795620A - 一种太赫兹波导无源器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太赫兹波导无源器件的制造方法，包括以下步骤：S1、备片；S2、热氧化；S3、脱水烘加打底膜；S4、涂光刻胶；S5、将光刻胶中的溶剂含量降低到4％～7％；S6、将光刻掩膜版与硅晶圆对准；S7、采用扫描步进投影曝光；S8、中烘；S9、用显影液溶解掉曝光区域的光刻胶；S10、完全蒸发光刻胶的溶剂；S11、镜检；S12、对光刻掩模版并未覆盖的硅晶圆部分进行深反应离子刻蚀；S13、去胶；S14、金属化；S15、将两片硅晶圆进行键合；S16、切割波导无源器件单元；S17、端面金属化。本发明制造的器件具有工作频率高、介电损耗和辐射损耗小、易于制造和通用性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹波导无源器件的制造方法领域，特别涉及一种适用于0.3～1.0THz频段内基于体硅刻蚀工艺的太赫兹波导无源器件的制造方法。
背景技术
太赫兹波频段处于0.3～3.0THz范围以内，位于电磁波谱中微波与红外波段之间。太赫兹科学是一门夹在电子学与光学之间的交叉科学，长波方向主要依靠电子学科学技术，短波方向主要是光子学科学技术。可见太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，对其研究有极其重要的学术价值和应用前景。太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高；又由于它的脉冲很短(皮秒量级)所以具有很高的时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，由于太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具有优势。另外，由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中，其广袤的科学前景为世界所公认。
固态太赫兹系统主要由信号源、探测器件及各种太赫兹固态传输器件组成。太赫兹波导无源器件主要有滤波器、双工器、多工器、合路器、功分器、耦合器、电桥等。例如太赫兹固态滤波器可以在通带频率内提供信号输出并在阻带内提供衰减，在系统中起着关键作用。太赫兹系统的输出功率直接决定了系统的作用半径、抗干扰能力以及通信质量。为了提高太赫兹系统的输出功率，通常采用的方法是功率合成技术。该技术是将单个器件输出的功率通过功分/合成网络集中输出，从而增大了系统的输出功率，功率合成技术是目前提高太赫兹系统输出功率的常用并且有效的方法。同时，功分器可以为系统提供同一信号源的多路输出，满足系统的使用需求。所以有必要对太赫兹波导无源器件进行深入研究，从而提高我国在太赫兹传输技术领域的整体水平。
传统衬底支撑的微带或共面波导无源器件，其缺点是介电损耗和辐射损耗较大，被限制在亚毫米波频率以下。波导无源器件在太赫兹频段仍然具有低损耗、高Q值、高功率容量等性能的优势，由于短毫米至亚毫米波的波长缩小到亚毫米甚至接近光波的波长，电子器件的尺寸必然大大缩小，对其加工精度要求很高，而传统的精密机械加工方法已经不能满足现代器件的精度要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种的太赫兹波导无源器件的制造方法，其制造的器件具有工作频率高、介电损耗和辐射损耗小、高Q值、高功率容量、易于制造和通用性强等优点，实现了太赫兹固态电路的小型化和集成化，在太赫兹系统中具有良好的应用前景。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种太赫兹波导无源器件的制造方法，包括以下步骤：
S1、备片：准备两片硅晶圆并清洗干净；
S2、热氧化：采用热氧化的方法，在一片硅晶圆的一侧表面上氧化生长二氧化硅薄层作为衬底；
S3、脱水烘加打底膜：通过真空热板方式，在二氧化硅薄层表面涂覆一层增黏剂；
S4、涂胶：脱水烘加打底膜完成后，采用旋涂法将S3得到的增粘剂表面涂上光刻胶，并去除硅晶圆边缘的光刻胶；
S5、软烘：采用真空热板的方式，将光刻胶中的溶剂含量由20％～30％降低到4％～7％；
S6、对准：将光刻掩膜版和经过步骤S5处理后的硅晶圆分别放入掩膜版托盘和衬底托盘中，通过衬底和衬底托盘上的3个定位销将硅晶圆放置在固定位置即可；
S7、曝光：完成光刻掩膜版和硅晶圆的对准之后，采用扫描步进投影曝光方法进行曝光；
S8、中烘：采用真空热板的方式使光刻胶中的光敏化合物(PAC)分布更加均匀，从而达到消除驻波的目的；
S9、显影：用显影液溶解掉曝光区域的光刻胶；
S10、坚膜：采用真空热板加热的方式，完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂；
S11、镜检：用光学显微镜对线条的关键线宽和线条的完整性进行检查；
S12、刻蚀：对光刻掩模版并未覆盖的硅晶圆部分进行深反应离子刻蚀，刻蚀深度为标准矩形波导的窄边长度；
S13、去胶：刻蚀工艺完成后，采用硫酸和双氧水混合溶液将二氧化硅薄层上的光刻胶全部去除；
S14、金属化：清除光刻胶之后，在刻蚀结构和光刻掩盖版覆盖位置的表面镀一层金属金，并对另一块硅晶圆表面镀一层金属金；
S15、键合：将两片硅晶圆进行合并，其中，表面只经过金属镀层处理的硅晶圆与另一片硅晶圆经过刻蚀处理的表面相接触；
S16、划片：在已键合的硅晶圆表面上切割出波导无源器件单元；
S17、端面金属化：在每个波导无源器件单元的外表面进行溅射和/或电镀金属金。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S1对硅晶圆进行清晰的目的是去除硅晶圆表面的灰尘杂志等，以使其表面干净；清洗方法可以采用本领域中的常规清洗方法。为了达到更佳的效果，本发明采取的清洗方法为：
S101、采用由98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成的溶液，加热至温度为100～120℃进行第一次清洗，清洗5～10分钟；
S102、采用由27％NH4OH、30％H2O2和H2O按比例为1：1：5配成的溶液，加热温度为60～80℃进行第二次清洗，清洗5～10分钟；
S103、采用由37％HCl、30％H2O2和H2O按比例为1：1：7配成的溶液，加热温度为60～80℃，进行第三次清洗，清洗5～10分钟。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S2热氧化的目的是在一片硅晶圆的一侧表面上氧化生长二氧化硅薄层，优选的二氧化硅薄层的厚度为200～500nm。可以采用常规的热氧化方法。本发明采用的具体方法是：将硅晶圆置于用石英玻璃制成的反应管中，反应管用电阻丝加热炉加热至温度800～900℃，氧气或水汽以气流速率为1～3cm/s通过反应管时，即采用热氧化的方法(即干–湿–干方法)，在硅晶圆的一侧表面上氧化生长成二氧化硅薄层。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S3通过真空热板方式，然后在二氧化硅薄层表面涂覆一层增黏剂；上述真空热板方式指的是在真空加热板加热的条件下，采用旋涂的方式在二氧化硅薄层表面涂覆一层增黏剂。对于上述真空热板方式，对于真空条件没有具体限制，只要满足真空度达到小于133Pa即可，对于绝热板的温度优选为500～600℃；旋涂的时间与温度和需要旋涂的厚度有关，优选的旋涂时间为30～40分钟；在二氧化硅薄层表面涂覆一层增黏剂的目的是增加黏附性，增黏剂的优选材料为六甲基二硅胺烷，涂覆的增黏剂的厚度优选为200～500nm。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S4中涂胶的目的是在增粘剂的表面形成一层光刻胶，可以采用本领域常规光刻胶涂覆方法。本发明经过大量研究发现，采用旋涂法将S3得到的增粘剂表面涂上光刻胶，光刻胶涂覆后，在硅晶圆的边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积，边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离(Peeling)而影响其它部分的图形，所以需要去除硅晶圆边缘的光刻胶。涂覆的光刻胶的厚度优选为1～2μm。比较优选的涂胶方法为：将硅晶圆固定在一个真空吸盘上，真空吸盘固定在加速器上，将BP218型光刻胶滴在硅晶圆的中心，先进行预涂，控制加速器的加速度为190～210rpm/s，转速为900～1100rpm，时间为8～10s；然后进行涂覆，控制加速器的加速度为28000～30000rpm/s，转速为4900～5000rpm，时间为85～90s，旋转硅片得到一层均匀的光刻胶图层，去除边缘光刻胶时控制加速器的加速度为29000～30000rpm/s，转速为5800～6000rpm，时间为4～6s。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S5采用真空热板的方式，对涂覆光刻胶进行烘烤，热量自下向上传导，更加彻底地挥发胶膜内溶剂，将光刻胶中的溶剂含量由20％～30％降低到4％～7％，以增强黏附性、释放光刻胶膜内的应力、防止光刻胶玷污设备。对于上述真空热板方式，对于真空条件没有具体限制，只要满足真空度达到小于133Pa即可，对于绝热板的温度和时间可以根据溶剂含量需要达到的要求来调整，本发明经过大量研究发现，绝热板的温度优选为85～90℃；优选的加热时间为55～60秒。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S7曝光的目的是达到图形转移。本发明采取的具体方式为：完成光刻掩膜版和硅晶圆的对准之后，采用扫描步进投影曝光方法，使用紫外灯作为曝光源，当光线经过光刻掩膜版照射到硅晶圆的光刻胶上时，光刻胶未被光刻掩膜版所遮蔽部分产生高分子聚合，达到图形转移的目的。曝光频率和时间均采用本领域常规选择。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S8采用真空热板的方式进行中烘的目的是消除驻波。驻波现象是光刻中反射和干涉作用的结果。通过真空加热板加热的方式，曝光后进行中烘重新分布了光刻胶中的光敏化合物(PAC)，从而消除了驻波，并通过减少驻波来获得较陡直的光刻胶侧墙剖面。对于上述真空热板方式，对于真空条件没有具体限制，只要满足真空度达到小于133Pa即可，对于绝热板的温度和时间，本发明经过大量研究发现，绝热板的温度优选为110～130℃；优选的加热时间为50～60秒。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S9的显影的目的是使光刻掩膜版图形准确的复制到光刻胶中，可以采用本领域中常用的显影方法。本发明采用的具体显影方法是旋覆浸没式显影方法：将显影液喷覆到硅晶圆表面，形成水坑形状，将硅片固定或慢慢旋转达到显影的目的。可以采用多次旋覆浸没式显影：第一次涂覆显影液保持15～20秒后去除显影液，第二次涂覆显影液保持15～20秒后去除显影液，然后用去离子水冲洗去除硅片两面的所有化学品，并将硅晶圆旋转甩干。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S10采用真空热板加热的方式完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂，提高光刻胶在刻蚀过程中保护其内部物质的能力。对于上述真空热板方式，对于真空条件没有具体限制，只要满足真空度达到小于133Pa即可，对于绝热板的温度和时间，本发明经过大量研究发现，绝热板的温度优选为110～130℃；优选的加热时间为80～90秒。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S11用光学显微镜对线条的关键线宽和线条的完整性进行检查；镜检中发现问题的硅晶圆不会进入下一步的刻蚀工艺中，可以避免不必要的材料和工时的浪费。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤12对光刻掩模版并未覆盖的硅晶圆部分进行深反应离子刻蚀的目的是形成所需要的凹槽；可以采用SF6反复刻蚀和C4F8的钝化的方式，刻蚀深度为标准矩形波导的窄边长度，额外横向刻蚀尺寸不大于刻蚀深度的2％。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S13去胶采用由98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成溶液，加热至温度为100～120℃，清洗5～10分钟。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S14中金属镀层的厚度为2～5μm。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S17中溅射和/或电镀金层的厚度为100～500nm。
上述太赫兹波导无源器件的制造方法中，步骤S15键合具体利用Au-Si键合技术封闭结构，将两片硅晶圆进行合并，其中，表面只经过进行金属金层镀金处理的硅晶圆与另一片硅晶圆经过刻蚀处理的表面相接触，得到上、下构件合并后的硅晶圆。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种的太赫兹波导无源器件的制造方法，该方法操作简单，其制造的器件具有工作频率高、介电损耗和辐射损耗小、高Q值、高功率容量、易于制造和通用性强等优点，实现了太赫兹固态电路的小型化和集成化，在太赫兹系统中具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的准备的硅晶圆结构示意图；
图2为本发明的热氧化得到的硅晶圆结构示意图；
图3为本发明的脱水烘加打底膜步骤之后得到的硅晶圆结构示意图；
图4为本发明的显影之后得到的硅晶圆的结构示意图；
图5为本发明的刻蚀之后得到的硅晶圆结构示意图；
图6为本发明的金属化之后得到的硅晶圆的结构示意图；
图7为本发明的键合之后得到的硅晶圆的结构示意图；
图8为本发明的划片得到的波导无源器件单元的结构示意图；
图9为本发明的端面金属化得到的波导无源器件单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术方案，但本发明所保护的内容不局限于以下所述。
实施例1，采用的硅晶圆原料为0.5mm厚、标准为inch(约101.6mm)的硅晶圆。
本实施例采用的太赫兹波导无源器件的制造方法，包括以下步骤：
S1、备片：准备两片硅晶圆并清洗干净；对硅晶圆的清洗方法为：
S101、采用由98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成的溶液，加热至温度为110℃进行第一次清洗，清洗7分钟；
S102、采用由27％NH4OH、30％H2O2和H2O按比例为1：1：5配成的溶液，加热温度为75℃进行第二次清洗，清洗7分钟；
S103、采用由37％HCl、30％H2O2和H2O按比例为1：1：7配成的溶液，加热温度为75℃，进行第三次清洗，清洗7分钟；
S2、热氧化：将硅晶圆置于用石英玻璃制成的反应管中，反应管用电阻丝加热炉加热至一定温度(本实施例采用的温度为900℃)，氧气或水汽通过反应管(气流速度为2厘米/秒)时，即采用热氧化的方法(即干–湿–干方法)，在硅晶圆的一侧表面上氧化生长成二氧化硅薄层作为衬底，二氧化硅薄层的厚度为350nm，如图2所示；
S3、脱水烘加打底膜：通过真空热板方式，真空热板设置为：温度590℃，时间35分钟，在二氧化硅薄层表面涂覆一层增黏剂，增黏剂厚度为350nm，如图3所示；增黏剂为六甲基二硅胺烷，其分子式为(CH3)3SiNHSi(CH3)3)；
S4、涂胶：脱水烘加打底膜完成后，将硅晶圆固定在一个真空吸盘上，真空吸盘固定在加速器上，将BP218型光刻胶滴在硅晶圆的中心，先进行预涂，控制加速器的加速度为200rpm/s，转速为1000rpm，时间为9s；然后进行涂覆，控制加速器的加速度为29000rpm/s，转速为4950rpm，时间为87s，旋转硅片得到一层均匀的光刻胶图层，光刻胶的厚度为1.5μm，并去除边缘的光刻胶，去除边缘光刻胶时控制加速器的加速度为29500rpm/s，转速为5900rpm，时间为5s；
S5、软烘：采用真空热板的方式，真空热板的设置为：温度87℃，时间57秒；
S6、对准：将光刻掩膜版和经过步骤S5处理后的硅晶圆分别放入掩膜版托盘和衬底托盘中，通过衬底和衬底托盘上的3个定位销将硅晶圆放置在固定位置即可；
S7、曝光：完成光刻掩膜版和硅晶圆的对准之后，采用扫描步进投影曝光方法：使用紫外灯作为曝光源，当光线经过光刻掩膜版照射到硅晶圆的光刻胶上时，光刻胶未被光刻掩膜版所遮蔽部分产生高分子聚合，达到图形转移的目的；
S8、中烘：采用真空热板的方式进行中烘，真空热板的设置为：温度120℃，时间55秒；
S9、显影：采用多次旋覆浸没式显影，第一次涂覆显影液保持17秒后去除显影液，第二次涂覆显影液保持17秒后去除显影液，然后用去离子水冲洗去除硅片两面的所有化学品，并将硅晶圆旋转甩干，如图4所示；
S10、坚膜：采用真空热板加热的方式，真空热板的设置为：温度120℃，时间85秒；
S11、镜检：用光学显微镜对线条的关键线宽和线条的完整性进行检查；
S12、刻蚀：采用SF6反复刻蚀和C4F8的钝化的方式，对光刻掩模版并未覆盖的硅晶圆部分进行深反应离子刻蚀，刻蚀深度为标准矩形波导的窄边长度，得到的硅晶圆如图5所示；
S13、去胶：采用由98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成溶液，加热至温度为110℃，清洗7分钟；
S14、金属化：清除光刻胶之后，在刻蚀结构和光刻掩盖版覆盖位置的表面以及另一块硅晶圆表面进行镀金，镀金层的厚度为3μm，得到如图6所示的硅晶圆；
S15、键合：利用Au-Si键和技术封闭结构，将两片硅晶圆进行合并，如图7所示，其中，表面只经过进行镀金处理的硅晶圆与另一片硅晶圆经过刻蚀处理的表面相接触，得到上、下构件合并后的硅晶圆，厚为1.006mm；
S16、划片：在已键合的硅晶圆表面上切割出波导无源器件单元：借助划片工艺在已规划的晶圆表面上切割5mm×3mm的波导无源器件单元，最终得到的成品是5mm×3mm×1.006mm的长方体单元，如图8所示；
S17、端面金属化：在每个波导无源器件单元的外表面进行溅射镀金，其厚度为300nm，如图9所示。
实施例2，采用的硅晶圆原料为0.5mm厚、标准为inch(约101.6mm)的硅晶圆。
本实施例采用的太赫兹波导无源器件的制造方法，包括以下步骤：
S1、备片：准备两片硅晶圆并清洗干净；对硅晶圆的清洗方法为：
S101、采用由98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成的溶液，加热至温度为120℃进行第一次清洗，清洗10分钟；
S102、采用由27％NH4OH、30％H2O2和H2O按比例为1：1：5配成的溶液，加热温度为80℃进行第二次清洗，清洗10分钟；
S103、采用由37％HCl、30％H2O2和H2O按比例为1：1：7配成的溶液，加热温度为80℃，进行第三次清洗，清洗10分钟；
S2、热氧化：将硅晶圆置于用石英玻璃制成的反应管中，反应管用电阻丝加热炉加热至一定温度(本实施例采用的温度为900℃)，氧气或水汽通过反应管(气流速度为2厘米/秒)时，即采用热氧化的方法(即干–湿–干方法)，在硅晶圆的一侧表面上氧化生长成二氧化硅薄层作为衬底，二氧化硅薄层的厚度为500nm，如图2所示；
S3、脱水烘加打底膜：通过真空热板方式，真空热板设置为：温度600℃，时间40分钟，在二氧化硅薄层表面涂覆一层增黏剂，增粘剂的厚度为500nm，如图3所示；增黏剂为六甲基二硅胺烷，其分子式为(CH3)3SiNHSi(CH3)3)；
S4、涂胶：脱水烘加打底膜完成后，将硅晶圆固定在一个真空吸盘上，真空吸盘固定在加速器上，将BP218型光刻胶滴在硅晶圆的中心，先进行预涂，控制加速器的加速度为210rpm/s，转速为1100rpm，时间为10s；然后进行涂覆，控制加速器的加速度为30000rpm/s，转速为5000rpm，时间为90s，旋转硅片得到一层均匀的光刻胶图层，光刻胶的厚度为2μm，并去除边缘的光刻胶，去除边缘光刻胶时控制加速器的加速度为30000rpm/s，转速为6000rpm，时间为6s；
S5、软烘：采用真空热板的方式，真空热板的设置为：温度90℃，时间60秒；
S6、对准：将光刻掩膜版和经过步骤S5处理后的硅晶圆分别放入掩膜版托盘和衬底托盘中，通过衬底和衬底托盘上的3个定位销将硅晶圆放置在固定位置即可；
S7、曝光：完成光刻掩膜版和硅晶圆的对准之后，采用扫描步进投影曝光方法：使用紫外灯作为曝光源，当光线经过光刻掩膜版照射到硅晶圆的光刻胶上时，光刻胶未被光刻掩膜版所遮蔽部分产生高分子聚合，达到图形转移的目的；
S8、中烘：采用真空热板的方式进行中烘，真空热板的设置为：温度130℃，时间60秒；
S9、显影：采用多次旋覆浸没式显影，第一次涂覆显影液保持20秒后去除显影液，第二次涂覆显影液保持20秒后去除显影液，然后用去离子水冲洗去除硅片两面的所有化学品，并将硅晶圆旋转甩干，如图4所示；
S10、坚膜：采用真空热板加热的方式，真空热板的设置为：温度130℃，时间90秒；
S11、镜检：用光学显微镜对线条的关键线宽和线条的完整性进行检查；
S12、刻蚀：采用SF6反复刻蚀和C4F8的钝化的方式，对光刻掩模版并未覆盖的硅晶圆部分进行深反应离子刻蚀，刻蚀深度为标准矩形波导的窄边长度，得到的硅晶圆如图5所示；
S13、去胶：采用由98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成溶液，加热至温度为120℃，清洗10分钟；
S14、金属化：清除光刻胶之后，在刻蚀结构和光刻掩盖版覆盖位置的表面以及另一块硅晶圆表面进行镀金，镀金层的厚度为5μm，得到如图6所示的硅晶圆；
S15、键合：利用Au-Si键和技术封闭结构，将两片硅晶圆进行合并，如图7所示，其中，表面只经过进行镀金处理的硅晶圆与另一片硅晶圆经过刻蚀处理的表面相接触，得到上、下构件合并后的硅晶圆，厚为1.010mm；
S16、划片：在已键合的硅晶圆表面上切割出波导无源器件单元：借助划片工艺在已规划的晶圆表面上切割5mm×3mm的波导无源器件单元，最终得到的成品是5mm×3mm×1.010mm的长方体单元，如图8所示；
S17、端面金属化：在每个波导无源器件单元的外表面进行电镀金，其厚度为500nm，如图9所示。
实施例3，采用的硅晶圆原料为0.5mm厚、标准为inch(约101.6mm)的硅晶圆。
本实施例采用的太赫兹波导无源器件的制造方法，包括以下步骤：
S1、备片：准备两片硅晶圆并清洗干净；对硅晶圆的清洗方法为：
S101、采用由98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成的溶液，加热至温度为100℃进行第一次清洗，清洗5分钟；
S102、采用由27％NH4OH、30％H2O2和H2O按比例为1：1：5配成的溶液，加热温度为60℃进行第二次清洗，清洗5分钟；
S103、采用由37％HCl、30％H2O2和H2O按比例为1：1：7配成的溶液，加热温度为60℃，进行第三次清洗，清洗5分钟；
S2、热氧化：将硅晶圆置于用石英玻璃制成的反应管中，反应管用电阻丝加热炉加热至一定温度(本实施例采用的温度为900℃)，氧气或水汽通过反应管(气流速度为2厘米/秒)时，即采用热氧化的方法(即干–湿–干方法)，在硅晶圆的一侧表面上氧化生长成二氧化硅薄层作为衬底，二氧化硅薄层的厚度为200nm，如图2所示；
S3、脱水烘加打底膜：通过真空热板方式，真空热板设置为：温度580℃，时间35分钟，在二氧化硅薄层表面涂覆一层增黏剂，增粘剂的厚度为200nm，如图3所示；增黏剂为六甲基二硅胺烷，其分子式为(CH3)3SiNHSi(CH3)3)；
S4、涂胶：脱水烘加打底膜完成后，将硅晶圆固定在一个真空吸盘上，真空吸盘固定在加速器上，将BP218型光刻胶滴在硅晶圆的中心，先进行预涂，控制加速器的加速度为190rpm/s，转速为900rpm，时间为8s；然后进行涂覆，控制加速器的加速度为28000rpm/s，转速为4900rpm，时间为85s，旋转硅片得到一层均匀的光刻胶图层，光刻胶的厚度为1μm，并去除边缘的光刻胶，去除边缘光刻胶时控制加速器的加速度为29000rpm/s，转速为5800rpm，时间为4s；
S5、软烘：采用真空热板的方式，真空热板的设置为：温度90℃，时间55秒；
S6、对准：将光刻掩膜版和经过步骤S5处理后的硅晶圆分别放入掩膜版托盘和衬底托盘中，通过衬底和衬底托盘上的3个定位销将硅晶圆放置在固定位置即可；
S7、曝光：完成光刻掩膜版和硅晶圆的对准之后，采用扫描步进投影曝光方法：使用紫外灯作为曝光源，当光线经过光刻掩膜版照射到硅晶圆的光刻胶上时，光刻胶未被光刻掩膜版所遮蔽部分产生高分子聚合，达到图形转移的目的；
S8、中烘：采用真空热板的方式进行中烘，真空热板的设置为：温度110℃，时间50秒；
S9、显影：采用多次旋覆浸没式显影，第一次涂覆显影液保持15秒后去除显影液，第二次涂覆显影液保持15秒后去除显影液，然后用去离子水冲洗去除硅片两面的所有化学品，并将硅晶圆旋转甩干，如图4所示；
S10、坚膜：采用真空热板加热的方式，真空热板的设置为：温度110℃，时间80秒；
S11、镜检：用光学显微镜对线条的关键线宽和线条的完整性进行检查；
S12、刻蚀：采用SF6反复刻蚀和C4F8的钝化的方式，对光刻掩模版并未覆盖的硅晶圆部分进行深反应离子刻蚀，刻蚀深度为标准矩形波导的窄边长度，得到的硅晶圆如图5所示；
S13、去胶：采用由98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成溶液，加热至温度为100℃，清洗5分钟；
S14、金属化：清除光刻胶之后，在刻蚀结构和光刻掩盖版覆盖位置的表面以及另一块硅晶圆表面进行镀金，镀金层的厚度为2μm，得到如图6所示的硅晶圆；
S15、键合：利用Au-Si键和技术封闭结构，将两片硅晶圆进行合并，如图7所示，其中，表面只经过进行镀金处理的硅晶圆与另一片硅晶圆经过刻蚀处理的表面相接触，得到上、下构件合并后的硅晶圆，厚为1.004mm；
S16、划片：在已键合的硅晶圆表面上切割出波导无源器件单元：借助划片工艺在已规划的晶圆表面上切割5mm×3mm的波导无源器件单元，最终得到的成品是5mm×3mm×1.004mm的长方体单元，如图8所示；
S17、端面金属化：在每个波导无源器件单元的外表面进行溅射和电镀金，其厚度为100nm，如图9所示。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、备片：准备两片硅晶圆并清洗干净；
S2、热氧化：采用热氧化的方法，在一片硅晶圆的一侧表面上氧化生长二氧化硅薄层作为衬底；
S3、脱水烘加打底膜：通过真空热板方式，在二氧化硅薄层表面涂覆一层增黏剂；
S4、涂胶：脱水烘加打底膜完成后，采用旋涂法将S3得到的增粘剂表面涂上光刻胶，并去除硅晶圆边缘的光刻胶；
S5、软烘：采用真空热板的方式，将光刻胶中的溶剂含量由20％～30％降低到4％～7％；
S6、对准：将光刻掩膜版和经过步骤S5处理后的硅晶圆分别放入掩膜版托盘和衬底托盘中，通过衬底和衬底托盘上的3个定位销将硅晶圆放置在固定位置即可；
S7、曝光：完成光刻掩膜版和硅晶圆的对准之后，采用扫描步进投影曝光方法进行曝光；
S8、中烘：采用真空热板的方式使光刻胶中的光敏化合物分布更加均匀，从而达到消除驻波的目的；
S9、显影：用显影液溶解掉曝光区域的光刻胶；
S10、坚膜：采用真空热板加热的方式，完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂；
S11、镜检：用光学显微镜对线条的关键线宽和线条的完整性进行检查；
S12、刻蚀：对光刻掩模版并未覆盖的硅晶圆部分进行深反应离子刻蚀，刻蚀深度为标准矩形波导的窄边长度；
S13、去胶：刻蚀工艺完成后，采用硫酸和双氧水混合溶液将二氧化硅薄层上的光刻胶全部去除；
S14、金属化：清除光刻胶之后，在刻蚀结构和光刻掩盖版覆盖位置的表面镀一层金属金，并对另一块硅晶圆表面镀一层金属金；
S15、键合：将两片硅晶圆进行合并，其中，表面只经过金属镀层处理的硅晶圆与另一片硅晶圆经过刻蚀处理的表面相接触；
S16、划片：在已键合的硅晶圆表面上切割出波导无源器件单元；
S17、端面金属化：在每个波导无源器件单元的外表面进行溅射和/或电镀金属金。
2.根据权利要求1所述的太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中对硅晶圆的清洗方法为：
S101、采用由98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成的溶液，加热至温度为100～120℃进行第一次清洗，清洗5～10分钟；
S102、采用由27％NH4OH、30％H2O2和H2O按比例为1：1：5配成的溶液，加热温度为60～80℃进行第二次清洗，清洗5～10分钟；
S103、采用由37％HCl、30％H2O2和H2O按比例为1：1：7配成的溶液，加热温度为60～80℃，进行第三次清洗，清洗5～10分钟。
3.根据权利要求1所述的太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，所述的步骤S3中的增黏剂为六甲基二硅胺烷。
4.根据权利要求1所述的太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，所述的步骤S4中涂胶的具体操作方法为：将硅晶圆固定在一个真空吸盘上，真空吸盘固定在加速器上，将BP218型光刻胶滴在硅晶圆的中心，先进行预涂，控制加速器的加速度为190～210rpm/s，转速为900～1100rpm，时间为8～10s；然后进行涂覆，控制加速器的加速度为28000～30000rpm/s，转速为4900～5000rpm，时间为85～90s，旋转硅片得到一层均匀的光刻胶图层，去除边缘光刻胶时控制加速器的加速度为29000～30000rpm/s，转速为5800～6000rpm，时间为4～6s。
5.根据权利要求1所述的太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，所述的步骤S9的显影采用旋覆浸没式显影方法：将显影液喷覆到硅晶圆表面，形成水坑形状，将硅片固定或慢慢旋转达到显影的目的；采用多次旋覆浸没式显影：第一次涂覆显影液保持15～20秒后去除显影液，第二次涂覆显影液保持15～20秒后去除显影液，然后用去离子水冲洗去除硅片两面的所有化学品，并将硅晶圆旋转甩干。
6.根据权利要求1所述的太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，所述的步骤S3中真空热板的设置为：温度580～600℃，时间35～40分钟；步骤S5中真空热板的设置为：温度85～90℃，时间55～60秒；步骤S8中真空热板的设置为：温度110～130℃，时间50～60秒；步骤S10中的真空热板的设置为：温度110～130℃，时间80～90秒。
7.根据权利要求1所述的太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，所述的步骤S12的刻蚀采用SF6反复刻蚀和C4F8的钝化，刻蚀深度为标准矩形波导的窄边长度，额外横向刻蚀尺寸不大于刻蚀深度的2％。
8.根据权利要求1所述的太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，所述的步骤S13去胶采用98％H2SO4和30％H2O2按比例为4：1配成的溶液，加热至温度为100～120℃，清洗5～10分钟。
9.根据权利要求1所述的太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，步骤S14中镀金层的厚度为2～5μm。
10.根据权利要求1所述的太赫兹波导无源器件的制造方法，其特征在于，步骤S17中溅射和/或电镀金层的厚度为100～500nm。
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