CN107088793B - 一种声表面波器件单面抛光衬底片制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声表面波器件单面抛光衬底片制备方法，依次包括如下步骤，毛坯晶片腐蚀；毛坯晶片打毛；打毛后的晶片再腐蚀；晶片非加工面粘接；抛光面细磨、精磨；晶片分离并腐蚀；倒角；两晶片非抛光面粘接；抛光面粗抛；CMP精抛；工件分离并清洗。其中晶片粘接采用水溶性粘接剂，由阿拉伯树胶、纯水、铝矾和甘油构成。同时在打磨和抛光环节同时进行两面的打磨和抛光。本发明通过工艺改进，产品良品率达到95%以上，具有产品指标一致性好、技术指标高、加工效率高、生产成本低、工艺易实现和易监控等特点，能够满足产业化大规模批生产的要求。

Description

一种声表面波器件单面抛光衬底片制备方法

技术领域

本发明涉及声表面波器件，具体涉及制备声表面波器件用单面抛光衬底片的方法，属于晶体材料加工领域。

背景技术

声表面波（SAW）滤波器以设计灵活、极佳的通带选择性、极小的带内畸变、群延迟时间偏差小和频率相位线性度优良、输入输出阻抗变换容易、抗电磁干扰性能好、可靠性高、实时信号处理能力以及可小型化和片式化制造等特点，成为移动通讯的核心器件。石英（SiO₂）、铌酸锂（LT）、钽酸锂（LT）、硅酸镓镧（LGS）、钽酸镓镧（LGT）等压电单晶，需要加工成单面抛光片作为制作SAW器件的衬底片，衬底片要求成本低、面型质量（翘曲度、TTV等指标）好、表面物质残留少等。晶片平面度误差直接影响光刻系统的聚焦，粗糙度影响刻线尺寸与精度，缺陷数量和深度将影响元件的集成度和可靠性。特别是随着现代电子元器件日益严格的要求，声表面波器件厂家对压电衬底片的精度和表面质量的要求越来越高。因此低成本、产业化的超精密晶片加工技术研究迫在眉睫。

传统加工工艺存在诸多问题，主要有：

（1）由于晶片的加工面需要按先后顺序分别加工，因此效率较为低下；

（2）衬底片非加工面通过石蜡和陶瓷盘粘接在一起，而石蜡的清洗成本较高，清洗石蜡有两种常用清洗剂，但汽油清洗石蜡会造成铅残留，硫酸加重铬酸钾也严重污染环境。如果采用专用的去蜡剂，生产成本又会增高；同时残留石蜡也易对镀膜设备腔体造成污染；

（3）石蜡需加热融化后和晶片粘接，两晶片分离时也需要加热石蜡，因热膨胀系数的不同，会造成晶片从夹具取下来后变形，造成晶片的翘曲度较大，4英寸晶片如果不采用化学腐蚀方法控制，数值会超出100μm；

（4）晶片取下夹具后的面形变化大，不可控；

（5）为得到较好的面形和厚度一致性，需要多工序人工干预，对技术工人的经验依赖性强，产品精度更多由人控制而非设备；

（6）晶片加工去除量大而造成的晶体材料损耗大。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种声表面波器件单面抛光衬底片制备方法，本方法重复性好、加工质量高、成本低、对设备要求不高，适用于单面抛光晶片量产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种声表面波器件单面抛光衬底片制备方法， 包括如下步骤，

1）毛坯晶片腐蚀：将毛坯晶片放入腐蚀液中，以消除毛坯晶片中的应力，同时可减少后续加工的裂片率；

2）毛坯晶片打毛（双面研磨机）：将毛坯晶片两面打毛，磨削量0.03mm/片，压力1-1.5Kg/片，时间10-20min；

3）晶片腐蚀：将步骤2）打毛后的晶片放入腐蚀液中，利用腐蚀液消除产品加工应力；

4）晶片粘结：使用粘接剂将两片晶片非加工面粘接保护起来；

5）抛光面细磨、精磨（双面研磨机）：将粘接后的两晶片装入行星轮中，采用聚胺脂抛光革为磨盘，白刚玉为磨料，同时对产品两面进行细磨和精磨，总磨削量30-40μm，并使表面在强光下肉眼观察无划道，产品粗糙度≤50nm；

6）晶片分离并腐蚀：将步骤5）加工后的两晶片分离，再放入腐蚀液中消除应力；

7）倒角：对晶片上下两面与圆周面的结合部进行倒角处理；

8）晶片粘结：使用粘接剂将倒角后两晶片非抛光面粘接保护起来；

9）抛光面粗抛（双面抛光机）：采用钻石膏同时对粘接在一起的两晶片抛光面进行机械抛光，抛光革采用合成纤维抛光革，抛光量0.02mm/片，压力3-4Kg/片，时间200-300min，抛光完成后应使产品在强光下观察无划痕，粗糙度Ra＜2nm；

10）CMP精抛（双面抛光机）：步骤9）粗抛后，再同时对粘接在一起的两晶片抛光面进行CMP精抛；

11）工件分离并清洗：

先用含有两性亲水基活性剂的清洗剂加纯水擦洗晶片抛光面，接着将晶片放置在纯水中浸泡至自然分离（一般要1天，用纯水超声方法大概4个小时左右），再用丙三醇和纯水按体积比1:1构成的溶液浸泡超声清洗，然后使用水和HF按体积比50-80∶1配置的稀HF溶液浸泡超声，最后用纯水超声甩干装盒。

其中，步骤1）、步骤3）和步骤6）所述腐蚀液由HNO₃和HF按一定体积比混合构成。

步骤4）和步骤8）所述粘接剂为水溶性粘接剂，由阿拉伯树胶、纯水、铝矾和甘油构成，四者质量比为100∶160-185∶15-30∶15-25；步骤6）晶片分离直接在纯水中浸泡实现。

所述水溶性粘接剂按如下方法制备得到：

a）称取与阿拉伯树胶质量相当的纯水并加热到60℃以上，然后加入粉状的阿拉伯树胶进行混合，搅拌均匀形成凝胶状阿拉伯胶；

b）将铝矾和剩下的纯水混合以配置成铝矾溶液；

c）将铝矾溶液与凝胶状阿拉伯胶混合均匀；

d）最后将甘油倒入步骤c）得到的混合液中，搅拌均匀即得到水溶性粘接剂。

本发明改进了晶片粘接、研磨、抛光以及翘曲度和TTV控制等辅助工艺环节，相比传统技术，本发明具有如下有益效果：

①加工效率高，本工艺两面同时加工，而同样盘径的单面加工设备和改造后的双面加工设备价格差不多，本发明使双面加工设备的加工数量达到单面加工设备加工数量的2倍以上。

②本发明提出的的水溶性粘接剂，实现了无蜡光学冷加工，能够在常温下完成晶片的粘结和固化，并能够根据加工要求调整配料比例，形成不同的粘接力。此外在清洗时使用纯水浸泡就可分开晶片，也不会在晶片表面形成残留。水溶性粘接剂手工粘接，简单方便，不再需要粘片机；同时很好地避免了石蜡的清洗难题和热粘接对产品翘曲度、TTV、LTV的影响。

③晶片材料损耗小，磨抛总加工量只有50-70μm，而传统工艺（含单面加工设备）加工量在200μm左右，2英寸晶圆进口成线设备加工量最理想也要70μm左右而且随晶圆直径增大而增加。对于同样的设备和工艺，加工量越小，自然材料损耗就越小。

④产品加工精度由设备保证，产品指标一致性好，中途不再需要人工干预，技术工人培训周期和成本降低；所有设备和辅料均国产化，生产成本低。

总之，本发明通过工艺改进，产品良品率达到95%以上，具有产品指标一致性好、技术指标高（Warp≤20μm、TTV≤5μm、Ra≤0.5nm）、加工效率高、生产成本低、工艺易实现和易监控等特点，能够满足产业化大规模批生产的要求。

附图说明

图1-本发明晶片粘接示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

本发明声表面波器件单面抛光衬底片制备方法，包括如下步骤，

1）毛坯晶片腐蚀：将毛坯晶片放入腐蚀液中，以消除毛坯晶片中的应力，同时可减少后续加工的裂片率；

2）毛坯晶片打毛（双面研磨机）：采用GC1000＃绿碳化硅将毛坯晶片两面打毛，磨削量0.03mm/片，压力1-1.5Kg/片，时间10-20min；

3）晶片腐蚀：将步骤2）打毛后的晶片放入腐蚀液中，利用腐蚀液消除产品加工应力；

4）晶片粘结：如图1所示，使用粘接剂1将两片晶片2非加工面3粘接保护起来；

5）抛光面细磨、精磨（双面研磨机）：将粘接后的两晶片装入行星轮中，采用聚胺脂抛光革为磨盘，白刚玉为磨料，同时对产品两面进行细磨和精磨，总磨削量30-40μm，并使表面在强光下肉眼观察无划道，产品粗糙度≤50nm；

6）晶片分离并腐蚀：将步骤5）加工后的两晶片使用纯水浸泡使之分离，再放入腐蚀液中消除应力；

7）倒角：采用电镀金刚砂砂轮对晶片上下两面与圆周面的结合部进行倒角处理；

8）晶片粘结：使用粘接剂将倒角后两晶片非抛光面粘接保护起来；

9）抛光面粗抛（双面抛光机）：采用W1钻石膏同时对粘接在一起的两晶片抛光面进行机械抛光，抛光革采用合成纤维抛光革，抛光量0.02mm/片，压力3-4Kg/片，时间200-300min，抛光完成后应使产品在强光下观察无划痕，粗糙度Ra＜2nm；

10）CMP精抛（双面抛光机）：步骤9）粗抛后，再同时对粘接在一起的两晶片抛光面进行CMP精抛；

11）工件分离并清洗：先用含有两性亲水基活性剂的清洗剂加纯水擦洗晶片抛光面，接着将晶片放置在纯水中浸泡至自然分离（一般要1天，用纯水超声方法大概4个小时左右），再用丙三醇和纯水按体积比1:1构成的溶液浸泡超声清洗，然后使用水和HF按体积比50-80∶1配置的稀HF溶液浸泡超声，最后用纯水超声甩干装盒。

本工艺两面同时加工，而同样盘径的单面加工设备和改造后的双面加工设备价格差不多，本发明使双面加工设备的加工数量达到单面加工设备加工数量的2倍以上，加工效率大大提高。

其中，步骤1）、步骤3）和步骤6）所述腐蚀液由HNO₃和HF按一定体积比混合构成。

本发明步骤4）和步骤8）所述粘接剂为特制的水溶性粘接剂，由阿拉伯树胶、纯水、铝矾和甘油构成，四者质量比为100∶160-185∶15-30∶15-25；优选质量份为，阿拉伯树胶100；纯水175-184；铝矾16-25；甘油18-22。步骤6）晶片分离直接在纯水中浸泡实现。

本粘接剂能够实现常温粘接、纯水分离清洗的效果，同时通过调整铝矾溶液比例可以方便地调节粘接剂的粘接力和流动性。

所述水溶性粘接剂按如下方法制备得到：

a）称取与阿拉伯树胶质量相当的纯水并加热到60℃以上，然后加入粉状的阿拉伯树胶进行混合，搅拌均匀形成凝胶状阿拉伯胶；

b）将铝矾和剩下的纯水混合以配置成铝矾溶液；

c）将铝矾溶液与凝胶状阿拉伯胶混合均匀；

d）最后将甘油倒入步骤c）得到的混合液中，搅拌均匀即得到水溶性粘接剂。

本发明提出的的水溶性粘接剂，实现了无蜡光学冷加工，能够在常温下完成晶片的粘结和固化，并能够根据加工要求调整配料比例，形成不同的粘接力。此外在清洗时使用纯水浸泡就可分开晶片，也不会在晶片表面形成残留。水溶性粘接剂手工粘接，简单方便，不再需要粘片机；同时很好地避免了石蜡的清洗难题和热粘接对产品翘曲度、TTV、LTV的影响。

本发明提出的单面抛光晶片加工方法，在每道加工工序后，对晶片进行腐蚀，消除加工应力，并修复面型精度。同时使用全水溶性胶粘剂而不是石蜡粘结晶片，不再需要粘片机，同时避免了石蜡清洗和热粘结对晶片加工质量的影响。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种声表面波器件单面抛光衬底片制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

1）毛坯晶片腐蚀：将毛坯晶片放入腐蚀液中，以消除毛坯晶片中的应力，同时可减少后续加工的裂片率；

2）毛坯晶片打毛：将毛坯晶片两面打毛，磨削量0.03mm/片，压力1-1.5Kg/片，时间10-20min；

3）晶片腐蚀：将步骤2）打毛后的晶片放入腐蚀液中，利用腐蚀液消除产品加工应力；

4）晶片粘结：使用粘接剂将两片晶片非加工面粘接保护起来；

5）抛光面细磨、精磨：将粘接后的两晶片装入行星轮中，采用聚胺脂抛光革为磨盘，白刚玉为磨料，同时对产品两面进行细磨和精磨，总磨削量30-40μm，并使表面在强光下肉眼观察无划道，产品粗糙度≤50nm；

6）晶片分离并腐蚀：将步骤5）加工后的两晶片分离，再放入腐蚀液中消除应力；

7）倒角：对晶片上下两面与圆周面的结合部进行倒角处理；

8）晶片粘结：使用粘接剂将倒角后两晶片非抛光面粘接保护起来；

9）抛光面粗抛：采用钻石膏同时对粘接在一起的两晶片抛光面进行机械抛光，抛光革采用合成纤维抛光革，抛光量0.02mm/片，压力3-4Kg/片，时间200-300min，抛光完成后应使产品在强光下观察无划痕，粗糙度Ra＜2nm；

10）CMP精抛：步骤9）粗抛后，再同时对粘接在一起的两晶片抛光面进行CMP精抛；

11）工件分离并清洗；

步骤4）和步骤8）所述粘接剂为水溶性粘接剂，由阿拉伯树胶、纯水、铝矾和甘油构成，四者质量比为100∶160-185∶15-30∶15-25；步骤6）晶片分离直接在纯水中浸泡实现。

2.根据权利要求1所述的声表面波器件单面抛光衬底片制备方法，其特征在于：步骤11）中工件分离并清洗过程为，先用含有两性亲水基活性剂的清洗剂加纯水擦洗晶片抛光面，接着将晶片放置在纯水中浸泡至自然分离，再用丙三醇和纯水按体积比1:1构成的溶液浸泡超声清洗，然后使用水和HF按体积比50-80∶1配置的稀HF溶液浸泡超声，最后用纯水超声甩干装盒。

3.根据权利要求1所述的声表面波器件单面抛光衬底片制备方法，其特征在于：步骤1）、步骤3）和步骤6）所述腐蚀液由HNO₃和HF按一定体积比混合构成。

4.根据权利要求1所述的声表面波器件单面抛光衬底片制备方法，其特征在于：所述水溶性粘接剂按如下方法制备得到：

a）称取与阿拉伯树胶质量相当的纯水并加热到60℃以上，然后加入粉状的阿拉伯树胶进行混合，搅拌均匀形成凝胶状阿拉伯胶；

b）将铝矾和剩下的纯水混合以配置成铝矾溶液；

c）将铝矾溶液与凝胶状阿拉伯胶混合均匀；

d）最后将甘油倒入步骤c）得到的混合液中，搅拌均匀即得到水溶性粘接剂。

5.根据权利要求1所述的声表面波器件单面抛光衬底片制备方法，其特征在于：步骤7）所述倒角采用电镀金刚砂砂轮进行。

6.根据权利要求1所述的声表面波器件单面抛光衬底片制备方法，其特征在于：步骤2）的毛坯晶片打毛采用GC1000＃绿碳化硅进行。