CN113272481B - 晶片的黑化方法、黑化后的晶片及声表面波滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种晶片的黑化方法、黑化后的晶片及声表面波滤波器，涉及半导体相关技术领域。该晶片的黑化方法包括：对晶片进行还原性处理；采用紫外光照射晶片预定时间；晶片的黑化均匀性DE值介于0.3～0.6；色度L值介于48～54。在本申请中，利用紫外光辅助晶片的黑化制程，能够有效改善晶片的黑化均匀性DE值及色度L值，进而改善晶片的透射率，并提高晶片黑化的良率。其中，对晶片进行还原性处理及采用紫外光照射晶片预定时间的先后顺序可以互换，这两种方法均能提高晶片黑化的良率。

Description

晶片的黑化方法、黑化后的晶片及声表面波滤波器

技术领域

本申请涉及半导体相关技术领域，尤其涉及一种晶片的黑化方法、黑化后的晶片及声表面波滤波器。

背景技术

压电晶片是制作声表面波滤波器的主要材料，由于压电晶片具有高透射率、大热释电系数和高电阻率，其表面易积累大量静电荷，这些静电荷会在滤波器中的叉指电极间或压电晶片间自发释放，进而导致压电晶片开裂或叉指电极烧毁等问题。因此，为了解决上述问题，需先对压电晶片进行黑化制程(还原性处理)来降低其电阻率及透射率，以提供声表面波滤波器的良率。

现有压电晶片是利用传统的压电晶片黑化方法得到的，其易存在黑化均匀性差、色度差及透射率高等问题，且仅适用于4寸以下的压电晶片。若利用传统的压电晶片黑化方法制作大尺寸的压电晶片时，由于大尺寸的压电晶片需要更大的热场梯度，而热场的径向梯度难以均匀放大，极易出现某个位置热场梯度过大或过小的问题，从而影响压电晶片的黑化均匀性、色度及透射率。

因此，如何在压电晶片具有大尺寸的情况下，改善压电晶片的黑化均匀性、色度及透射率，成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种晶片的黑化方法，其能够在晶片具有大尺寸的情况下，改善晶片的黑化均匀性、色度及透射率。

本申请的另一目的还在于提供一种黑化后的晶片，及一种声表面波滤波器。

第一方面，本申请实施例提供一种晶片的黑化方法，包括：

对晶片进行还原性处理；

采用紫外光照射晶片预定时间；

晶片的黑化均匀性DE值介于0.3～0.6；色度L值介于48～54。

在一种可能的实施方案中，步骤对晶片进行还原性处理，与步骤采用紫外光照射晶片预定时间的顺序互换。

在一种可能的实施方案中，晶片的尺寸为6寸、8寸或10寸。

在一种可能的实施方案中，采用紫外光照射晶片预定时间时包括：

紫外光的波长介于200～450nm；紫外光照射的时间介于0.1h～2.5h。

在一种可能的实施方案中，紫外光照射的时间为1h。

在一种可能的实施方案中，在对晶片进行还原性处理时包括：

将晶片与还原介质交叉堆叠排列；

使还原温度介于360℃～550℃；还原时间介于2h～5h。

第二方面，本申请实施例提供一种黑化后的晶片，该晶片根据上述的晶片的黑化方法制备得到；

该晶片的黑化均匀性DE值介于0.3～0.6；色度L值介于48～54；且该晶片对波长介于300～900nm的光的透射率介于0％～5％。

在一种可能的实施方案中，晶片的黑化均匀性DE值小于0.5。

在一种可能的实施方案中，晶片的色度L值小于52。

在一种可能的实施方案中，晶片包括6寸、8寸或10寸晶片。

在一种可能的实施方案中，晶片为压电晶片，该压电晶片包括钽酸锂或铌酸锂晶片。

第三方面，本申请实施例提供一种声表面波滤波器，该声表面波滤波器包括：

上述的黑化后的晶片；

叉指换能器，设在晶片上；该叉指换能器包括作为输入端的第一叉指换能器和作为输出端的第二叉指换能器。

与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果：

1)在本申请中，利用紫外光辅助晶片的黑化制程，能有效改善晶片的黑化均匀性DE值及色度L值，进而改善晶片的透射率，并提高晶片黑化的良率。另外，在利用紫外光辅助晶片的黑化制程时，能适当降低还原温度及还原时间，以提高生产效率，节约生产成本。

2)利用本申请中的方法对大尺寸晶片进行黑化，能够有效改善大尺寸晶片的黑化均匀性DE值及色度L值，提高大尺寸晶片的黑化良率，进而提高大尺寸晶片的品质。

3)利用该方法制备的晶片具有较低的透射率，在后续制作声表面波滤波器时的光刻工序中，不需更换使用短波长设备，利用长波长设备即可做到晶片的透射率很低，降低了光刻成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种晶片的黑化方法的流程示意图；

图2为根据本申请实施例示出的一种晶片的黑化方法的流程示意图；

图3为根据本申请实施例示出的一种晶片在不同还原性环境下的色度L值和黑化均匀性DE值的示意图；

图4为根据本申请实施例示出的一种晶片的色度L值和黑化均匀性DE值随还原时间的变化趋势图；

图5为根据本申请实施例示出的一种晶片的色度L值和黑化均匀性DE值随紫外光照射时间的变化趋势图；

图6为根据本申请实施例示出的一种晶片在不同波长下的透射率的示意图；

图7为根据本申请实施例示出的一种晶片测量装置的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或营业，本申请中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。

根据本申请的一个方面，提供了一种晶片的黑化方法。该晶片的黑化方法不仅适用于4寸的小尺寸晶片，还适用于6寸、8寸和10寸等大尺寸晶片。由于小尺寸晶片面积有限，在其制备电路的制作成本较高，而利用大面积的大尺寸晶片，能提高晶片的利用率，且降低电路的制作成本。但是，利用现有黑化设备及黑化方法对6寸、8寸和10寸等大尺寸晶片进行黑化时，得到的大尺寸晶片的黑化良率差，进而会影响大尺寸晶片的黑化品质。而本申请提供的方法在现有黑化设备下即可实现对6寸、8寸和10寸等大尺寸晶片的黑化，得到黑化均匀性高的大尺寸晶片，改善大尺寸晶片的黑化良率及品质。该晶片作为声表面波滤波器的基板，主要为压电晶片，该压电晶片包括钽酸锂或铌酸锂晶片。

需要说明的是，下列实施例中未具体限定尺寸的晶片均为大尺寸晶片。

参见图1，该晶片的黑化方法包括以下步骤：

L1、对晶片进行还原性处理。

在一种实施方式中，对晶片进行还原性处理包括：

将晶片与还原介质交叉堆叠排列；

待晶片排列完成后，将排列好的晶片置于低于居里温度的还原性环境中，使还原性环境为：具有还原气体或惰性气体；还原温度介于360℃～550℃；还原时间介于2h～5h。

具体来说，将排列好的晶片放置在黑化炉台中对晶片进行还原性处理。

较佳地，还原介质由基底粉体、催化剂和脱膜剂组成。其中，基底粉体为碳酸盐或多种碳酸盐粉末，其粒径介于10～1000μm；且基底粉体在该还原介质中所占的重量比为50～95％。催化剂为不饱和聚酯树脂类或丙烯酸酯类等具有羧基的有机物，其在该还原介质中所占的重量比为3％～45％。脱膜剂为二氧化硅、碳化硅或硅等一种或多种组合成的非金属氧化物粉末，其粒径介于100～1000μm；脱膜剂在该还原介质中所占的重量比为2％～5％。

L2、采用紫外光照射晶片预定时间。

在一种实施方式中，采用紫外光照射晶片预定时间包括：

将晶片放置在紫外光光源下，晶片与紫外光光源的间距为30～100cm；紫外光光源的波长介于200～450nm；紫外光光源照射晶片的时间介于0.1h～2.5h。优选地，紫外光照射的时间为1h。

以钽酸锂晶片为例进行说明；

钽酸锂晶片中载流子以氧空位为主，利用紫外光对钽酸锂晶片的光电导效应，氧空位被激发到导带或价带上；由于氧空位本身存在一定的浓度梯度，氧空位会由浓度较高的地方向浓度较少的地方移动，使得被激发的氧空位重新被俘获，达到新的平衡，进而使得氧空位浓度均匀分布，改善晶片的黑化均匀性。

另外，采用紫外光照射晶片使得晶片中氧空位在禁带中形成大量的缺陷能级，改变晶片的光吸收系数与光折变灵敏度，增强晶片的光折变性能，进而改善晶片的黑化均匀性。

L3、晶片的黑化均匀性DE值介于0.3～0.6；色度L值介于48～54。

在一种实施方式中，晶片的黑化均匀性DE值介于0.3～0.6，色度L值介于48～54中，色度L值的测试方法为：选取晶片的中心及距晶片边缘预定距离的4个点(沿晶片的周向均匀分布)为测试点。具体地，该4个点与晶片边缘的距离为2～4mm。利用图7中的装置，对这些测试点进行测量，得到晶片的L值、a值和b值。L值表示晶片的偏黑色程度，为本申请的色度值；a值表示晶片的偏红色程度；b值表示晶片的偏黄色程度。

图7为一种晶片测试装置的结构图，其中，探测器10、透镜20和积分球30依次沿同一轴线布置，且晶片40的中心轴线与该轴线呈预设角度，该角度为6°～10°。积分球30还配置有辅助光源50和光阱60，光阱60与探测器10沿晶片的中心轴线对称分布。利用图7的装置可以对晶片40的多个测试点进行精确检测，提高晶片40的品质。

黑化均匀性DE值的测试方法为：分别求取上述测试点的L值、a值和b值的极差，并依据下列公式计算出黑化均匀性DE值。

其中，ΔL为测试点L值的极差、Δa为测试点a值的极差、Δb为测试点b值的极差。

较佳地，根据色度L值，将晶片划分为5个规格：

SB规：L值介于45～47；

3A规：L值介于47～48.5；

2A规：L值介于48.5～50；

1A规：L值介于50～52；

0A规：L值介于52～53.5。

在一种实施方式中，该晶片对波长介于300～900nm的光的透射率介于0％～5％。在后续制作声表面波滤波器时，需利用光刻工序。一般来说，在光刻工序中使用的曝光波长越短，其对晶片的透射率越低，而在本实施方式中，该晶片对波长处于300～900的光的透射率均小于5％，在后续制作声表面波滤波器时不需使用短波长设备，利用长波长设备即可做到晶片的透射率很低，降低了光刻成本。

在一种实施方式中，参见图2，步骤对晶片进行还原性处理与步骤采用紫外光照射晶片预定时间的先后顺序可以互换，互换后的步骤为：

S1、采用紫外光照射晶片预定时间；

S2、对晶片进行还原性处理；

S3、晶片的黑化均匀性DE值介于0.3～0.6；色度L值介于48～54。

在上述实施方式中，利用紫外光辅助晶片的黑化制程，能有效改善晶片的黑化均匀性DE值及色度L值，进而改善晶片的透射率，并提高晶片黑化的良率。其中，利用紫外光照射晶片与对晶片进行还原性处理的先后顺序可以互换，这两种方法均能有效改善晶片的黑化均匀性DE值及色度L值，改善晶片的透射率，并提高晶片黑化的良率。

下面以6寸晶片为例，介绍采用不同黑化方法所得到的6寸晶片。

实施例1：

选取4寸晶片和6寸晶片，对4寸晶片和6寸晶片分别进行黑化处理。该黑化处理具体为：将6寸晶片(或4寸晶片)与还原介质交叉堆叠排列；待6寸晶片(或4寸晶片)排列完成后，将6寸晶片(或4寸晶片)放置在黑化炉台中，并缓慢将炉内温度升到450℃，并在升温过程中通入氢气，隔绝氧气以及参与还原反应，待升温至450℃后持温3h，关闭炉内加热器，自然降温至室温，再进过研磨、减薄、抛光后得到黑化后的6寸晶片(或4寸晶片)。

参见图3，利用分光测色仪分别测量4寸晶片和6寸晶片：4寸晶片的色度L值为50.2，黑化均匀性DE值为0.66；6寸晶片的色度L值为51.5，黑化均匀性DE值为1.37。可见，4寸晶片的黑化效果优于6寸晶片的黑化效果。

由本实施例可知，利用传统工艺对小尺寸晶片(4寸)及大尺寸晶片(6寸)进行黑化处理时，大尺寸晶片的黑化效果明显差于小尺寸晶片的黑化效果。

实施例2：

在实施例1所提供的技术方案的基础上，在6寸晶片黑化处理完成后，将6寸晶片放置于紫外光光源下照射预定时间，且6寸晶片与紫外光光源之间的间距为50cm。紫外光光源的波长为315～400nm，紫外光光源照射6寸晶片1h。

参见图3，利用分光测色仪测量紫外光光源照射1h后的6寸晶片：色度L值为48.9，黑化均匀性DE值为0.45。可见，与实施例1中的6寸晶片相比，经过紫外光照射后的6寸晶片的色度L值和黑化均匀性DE值均明显减小，这说明采用紫外光照射晶片能有效改善晶片的色度L值和黑化均匀性DE值，改善晶片的黑化效果。

由本实施例可知，利用紫外光照射辅助大尺寸晶片的黑化制程，大尺寸晶片的黑化均匀性DE值减小了67％，有效改善了大尺寸晶片的黑化良率，提高了大尺寸晶片的品质。

实施例3：

将6寸晶片放置于紫外光光源下照射预定时间，且6寸晶片与紫外光光源之间的间距为50cm。紫外光光源的波长为315～400nm，紫外光光源照射6寸晶片1h。

在紫外光照射晶片1h后，按照实施例1中的技术方案，对经紫外光照射1h后的6寸晶片进行黑化处理。

参见图3，利用分光测色仪测量6寸晶片：色度L值为49.2，黑化均匀性DE值为0.48。可见，与实施例1、实施例2中的6寸晶片相比，本实施例中的6寸晶片的色度L值和黑化均匀性DE值均基本接近于实施例2中的色度L值和黑化均匀性DE值，且均明显小于实施例2中的色度L值和黑化均匀性DE值。即调换紫外光照射晶片的先后顺序不影响6寸晶片的色度L值和黑化均匀性DE值，将紫外光照射设置在晶片黑化的前后这两种方法均能有效改善晶片的色度L值和黑化均匀性DE值，改善晶片的黑化效果。

由本实施例可知，利用紫外光照射辅助大尺寸晶片的黑化制程，不管紫外光照射的先后顺序，均有效改善了大尺寸晶片的黑化良率，提高了大尺寸晶片的品质。

实施例4：

6寸晶片进行黑化处理。该黑化处理具体为：将6寸晶片与还原介质交叉堆叠排列；待6寸晶片排列完成后，将6寸晶片放置在黑化炉台中，并缓慢将炉内温度升到360℃，并在升温过程中通入氢气，隔绝氧气以及参与还原反应，待升温至360℃后持温3h，关闭炉内加热器，自然降温至室温，再进过研磨、减薄、抛光后得到黑化后的6寸晶片。

在6寸晶片黑化处理完成后，将6寸晶片放置于紫外光光源下照射预定时间，且6寸晶片与紫外光光源之间的间距为50cm。紫外光光源的波长为315～400nm，紫外光光源照射6寸晶片1h。

参见图3，利用分光测色仪测量未经紫外光照射后的6寸晶片及经紫外光照射后的6寸晶片：未经紫外光照射后的6寸晶片的色度L值为53.6，黑化均匀性DE值为1.67。经紫外光照射后的6寸晶片的色度L值为51.9，黑化均匀性DE值为0.51。可见，与实施例1中的6寸晶片相比，本实施例中在降低还原温度且经紫外光照射后的6寸晶片的色度L值和黑化均匀性DE值均有明显改善。在有紫外光照射辅助晶片黑化制程的情况下，可降低晶片的还原温度，以减少降温时间，提高生产效率，节约生产成本。

实施例5：

采用实施例1中的黑化方法制备6寸晶片，利用分光测色仪测量6寸晶片在不同还原时间6h、5h、4h、3h、2h、1h、0.5h下的色度L值和黑化均匀性DE值。

采用实施例2中的黑化方法制备经紫外光照射后的6寸晶片，利用分光测色仪测量经紫外光照射后的6寸晶片在不同还原时间6h、5h、4h、3h、2h、1h、0.5h下的色度L值和黑化均匀性DE值。

参见图4，图4为未经紫外光照射后的6寸晶片及经紫外光照射后的6寸晶片在不同还原时间下的色度L值和黑化均匀性DE值。可见，随着还原时间的减小，未经紫外光照射的6寸晶片的色度L值和黑化均匀性DE值增大；经紫外光照射的6寸晶片的色度L值增大，但黑化均匀性DE值在还原时间减小至2h以下时，才有明显变化。在采用紫外光照射辅助晶片黑化制程的情况下，可以适当缩短6寸晶片的还原时间，降低生产成本。

实施例6：

采用实施例2中的黑化方法制备经紫外光照射后的6寸晶片，利用分光测色仪测量经紫外光照射后的6寸晶片在照射时间分别为0.1h、0.25h、0.5h、0.75h、1h、2h、3h、4h下的色度L值和黑化均匀性DE值。

参见图5，图5为经紫外光照射后的6寸晶片在不同照射时间下的色度L值和黑化均匀性DE值。可见，在照射时间处于0～1h内时，随着照射时间的增加，晶片的色度L值和黑化均匀性DE值减小；在照射时间超出1h后，晶片的色度L值和黑化均匀性DE值基本不再变化，紫外光对晶片的作用基本已饱和，即紫外光照射时间为1h为最佳照射时间。

由以上的技术方案可知，利用现有传统方法得到大尺寸晶片的黑化良率要差与小尺寸晶片的黑化良率。本申请中采用紫外光照射辅助大尺寸晶片的黑化制程，能够明显改善大尺寸晶片的黑化均匀性DE值及色度L值，改善大尺寸晶片的透射率，并提高大尺寸晶片黑化的良率。其中，对晶片进行还原性处理及采用紫外光照射晶片预定时间的先后顺序可以互换，这两种方法均能有效提高大尺寸晶片黑化的良率。另外，在采用紫外光照射辅助大尺寸晶片黑化制程时，能适当降低还原温度及还原时间，以提高生产效率，节约生产成本。

根据本申请的另一个方面，本申请实施例提供一种黑化后的晶片，该晶片具体为6寸、8寸和10寸等大尺寸晶片，该晶片根据上述实施例中的晶片的黑化方法制备得到；该晶片的黑化均匀性DE值介于0.3～0.6；色度L值介于48～54；且该晶片对波长介于300～900nm的光的透射率介于0％～5％(参见图6)。

较佳地，晶片的黑化均匀性DE值小于0.5；晶片的色度L值小于52。

较佳地，晶片为压电晶片，该压电晶片包括钽酸锂或铌酸锂晶片。

由以上的技术方案可知，该晶片对波长介于300～900nm的光的透射率介于0％～5％，即在后续制作声表面波滤波器时的光刻工序中，在曝光波长下具有较低的透射率，不需更换使用短波长设备，利用长波长设备即可做到晶片的透射率很低，降低了光刻成本。另外，该晶片具有良好的黑化均匀性DE值及色度L值，能够提高声表面波滤波器的良率。

根据本申请的另一个方面，本申请实施例提供一种声表面波滤波器，该声表面波滤波器包括上述实施例中的黑化后的晶片及叉指换能器。叉指换能器设在晶片上；且该叉指换能器包括作为输入端的第一叉指换能器和作为输出端的第二叉指换能器。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种晶片的黑化方法，其特征在于，包括：

对所述晶片进行还原性处理；

采用紫外光照射所述晶片预定时间；

所述晶片的黑化均匀性DE值介于0.3～0.6；色度L值介于48～54。

2.根据权利要求1所述的晶片的黑化方法，其特征在于，所述步骤对所述晶片进行还原性处理，与所述步骤采用紫外光照射所述晶片预定时间的顺序互换。

3.根据权利要求1或2所述的晶片的黑化方法，其特征在于，所述晶片的尺寸为6寸、8寸或10寸。

4.根据权利要求1或2所述的晶片的黑化方法，其特征在于，所述采用紫外光照射所述晶片预定时间时包括：

所述紫外光的波长介于200～450nm；所述紫外光照射的时间介于0.1h～2.5h。

5.根据权利要求4所述的晶片的黑化方法，其特征在于，所述紫外光照射的时间为1h。

6.根据权利要求1或2所述的晶片的黑化方法，其特征在于，所述对所述晶片进行还原性处理时包括：

将所述晶片与还原介质交叉堆叠排列；

使还原温度介于360℃～550℃；还原时间介于2h～5h。

7.一种黑化后的晶片，其特征在于，根据权利要求1～6中任一项所述的晶片的黑化方法制备得到；

所述晶片的黑化均匀性DE值介于0.3～0.6；色度L值介于48～54；且所述晶片对波长介于300～900nm的光的透射率介于0％～5％。

8.根据权利要求7所述的黑化后的晶片，其特征在于，所述晶片的黑化均匀性DE值小于0.5。

9.根据权利要求7所述的黑化后的晶片，其特征在于，所述晶片的色度L值小于52。

10.根据权利要求7～9中任一项所述的黑化后的晶片，其特征在于，所述晶片包括6寸、8寸或10寸晶片。

11.根据权利要求10所述的黑化后的晶片，其特征在于，所述晶片为压电晶片，所述压电晶片包括钽酸锂或铌酸锂晶片。

12.一种声表面波滤波器，其特征在于，包括：

权利要求7～11中任一项所述的黑化后的晶片；

叉指换能器，设在所述晶片上；所述叉指换能器包括作为输入端的第一叉指换能器和作为输出端的第二叉指换能器。