CN117790293A - 一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，包括：将正面具有太赫兹电路图形的石英晶圆倒扣并通过临时键合材料贴在临时载片上，通过砂轮减薄和化学抛光得到超薄石英衬底；经过光刻定义划片道区域，将划片道内的石英材料蚀穿至键合所用的键合材料层；将石英芯片与临时载片间键合材料去除形成分离，并清洗烘干得到最终的异形超薄太赫兹石英衬底芯片。本方法采用半导体干湿法工艺进行芯片分割，同时采用湿法的方式实现芯片与临时键合衬底间的分离，避免了超薄且质脆的石英芯片经历机械划片和机械分离，最大程度地防止超薄芯片在机械操作中可能产生的碎裂和损伤，为异形超薄太赫兹石英衬底芯片的制备提供了一种可行的分割方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术加工领域，尤其涉及一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法。
背景技术
在太赫兹电路芯片领域，电路的射频损耗主要包括4个部分：导体损耗、衬底损耗、界面损耗以及辐射损耗。为了提升电路芯片的应用频率，必须有效降低以上4种损耗。石英衬底是一种具有超低介电常数的无机材料衬底，使用石英衬底作为太赫兹电路芯片的载体，可以明显的降低芯片的衬底损耗，从而具有更大的太赫兹应用前景。当进一步降低衬底损耗时，需要将石英衬底的厚度进一步降低，以达到更低的衬底损耗表现。
然而当石英衬底被进一步减薄后，超薄石英衬底的脆性使得芯片在机械磨削分割的过程中可能产生的明显碎裂和损伤，从而降低芯片的成品率，造成不可避免的损失；同时，部分太赫兹芯片在应用时还可能需要进行异形切割，这是传统机械砂轮切割难以完成的。因此，寻找一种可行的、可满足多种芯片形状的制备超薄石英衬底太赫兹芯片方法是亟待解决的问题。
发明内容
为了避免超薄且石英芯片在机械式分割划片中可能产生的碎裂和损伤，本发明提出一种非传统机械式分割的超薄石英衬底太赫兹芯片制备方法。
实现本发明目的的技术方案为：一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在正面具有太赫兹电路图形的石英晶圆表面旋涂临时键合材料，在临时载片的一面同时也旋涂同样的临时键合材料；
(2)将键合材料层相对，使得具有太赫兹电路图形的石英一面倒扣在临时载片表面，通过加热、加压、抽真空的方式，将两面的键合材料层紧密贴附并排除干净层间的气泡；
(3)将暴露的石英衬底一面经过砂轮机械减薄，再通过化学抛光控制至设定的厚度；
(4)利用半导体工艺在石英衬底一侧将异形太赫兹电路部分的石英衬底使用介质覆盖保护，露出并定义划片道区域；
(5)利用等离子体刻蚀将划片道区域的石英先刻蚀一定深度，再利用氢氟酸基腐蚀液将划片道内剩余厚度的石英腐蚀完全；
(6)将完成划片道石英去除的键合片，先经过氧气灰化处理和丙酮清洗出去表面剩余的光刻胶，再去除石英芯片与临时载片间的键合材料，实现石英芯片与载片间的分离；
(7)将分离的超薄太赫兹石英衬底芯片捞出，并进行清洗和烘干。
优选地，步骤(1)所述石英晶圆采用康宁7980熔融石英材质制作。
优选地，步骤(1)所述临时键合材料在键合后可以耐受<250℃的工艺处理温度。
优选地，步骤(3)所述砂轮减薄后石英衬底剩余厚度15-20微米，化学抛光后衬底剩余3-4微米，抛光速率需精准控制在约1微米/小时。
优选地，步骤(4)所述半导体工艺为光刻工艺，用于电路部分保护的介质为光刻胶，光刻胶厚度为4-6微米。
优选地，步骤(5)所述去除划片道区域内石英材料的方法为先等离子体刻蚀再湿法腐蚀，其中等离子体刻蚀所用的气体为纯氩气，刻蚀深度为2-3微米，整体刻蚀时间为3600-3900秒，并按每刻蚀300秒后暂停刻蚀30s静置降温；湿法腐蚀所用的氢氟酸基腐蚀液为体积比为4:1的40％氟化铵水溶液：49％氢氟酸溶液的混合液，腐蚀深度1-2微米，整体腐蚀时间11-22分钟。
优选地，步骤(6)所述的石英芯片与临时载片间的键合材料的去除方法湿法浸泡溶解。
优选地，步骤(7)所述的清洗方法为：依次经过Dupont EKC830TM去胶剂、丙酮、异丙醇、乙醇溶液浸泡清洗。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过采用机械砂轮减薄和低速精准化学抛光的方式，获得超薄的石英衬底，同时进一步利用等离子体刻蚀和腐蚀液腐蚀相结合的方法实现异形芯片间的分割，并采用湿法的方式实现芯片与临时键合衬底间的分离，避免了超薄石英芯片在分离前后一切的机械加工可能产生的明显碎裂和损伤。
附图说明
图1为本申请一种超薄石英衬底太赫兹芯片制备方法的流程图。
图2为正面具有太赫兹电路图形的石英晶圆俯视图。
图3为正面具有太赫兹电路图形的石英晶圆侧视图。
图4为超薄石英衬底加工流程示意图。
图5为光刻定义划片道区域的俯视示意图。
图6为超薄石英衬底太赫兹芯片的分离流程示意图。
附图标记：1-石英晶圆，2-太赫兹电路，3-临时键合材料，4-蓝宝石衬底，5-光刻胶。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，本实施例提供了一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法：
将正面具有太赫兹电路图形的4英寸康宁7980材质的石英晶圆，如图2和图3所示所示，晶圆厚度为1毫米，依次通过丙酮、乙醇清洗干净，并甩干。在表面旋涂HT-10.11型临时键合材料，旋涂转速1200转/分钟，旋转时间30秒。将旋涂完的石英晶圆依次置于120℃和180℃的热板上加热烘烤3分钟后室温冷却。使用同样的处理方法也在4英寸蓝宝石衬底上旋涂HT-10.11型临时键合材料，如图4上所示；
将石英晶圆表面的临时键合层与蓝宝石表面的临时键合层相对，在温度为180℃、背景真空度＜5mbar、压力3500N的环境下处理2分钟，实现两面临时键合材料间的紧密贴附，并排除键合层间可能产生的气泡，如图4中所示；
将露出的石英衬底一面置于砂轮减薄机上，通过机器自带的激光高度测距仪，将石英衬底的厚度减薄至5点平均值为15微米。在将此时减薄后的石英衬底一面在纳米金刚石颗粒化学抛光液与树脂抛光垫上进行化学抛光，抛光的速率约为1微米/小时，总计抛光12小时，如图4下所示；
将抛光后还键合在蓝宝石衬底上的石英衬底表面通过去离子水洗净，并甩干。使用光刻工艺，在石英衬底表面涂覆4微米的光刻胶，并通过曝光和显影工艺，定义出芯片间的非矩形划片道区域，如图5和图6上所示；
使用等离子体增强反应离子刻蚀ICP-RIE，纯氩气作为刻蚀气体，刻蚀时间按300秒(刻蚀)/30秒(刻蚀停止)为一个刻蚀循环，总计进行13个循环，即刻蚀总时间为3900秒，石英的整体刻蚀深度约为2微米。将刻蚀后的载片，再置于氟酸基腐蚀液为体积比为4:1的40％氟化铵水溶液：49％氢氟酸溶液的混合液中浸泡12分钟，将划片道区域内剩余的约1微米石英腐蚀完全，如图6中下所示；
将此时的键合载片，经过氧等离子体灰化处理2分钟，去除表层光刻胶表面经ICP-RIE刻蚀后产生的碳化层。再将载片置于丙酮溶液中超声2分钟，去除表面残余的光刻胶层。将去除完光刻胶的载片直接浸泡在 Remover中4小时，将石英芯片与临时载片间的临时键合材料完全溶解，实现石英芯片与载片间的分离；
将分离的超薄石英衬底太赫兹芯片从 Remover中捞出，依次经过Dupont EKC830TM去胶剂、丙酮、异丙醇、乙醇溶液各浸泡30分钟，并从乙醇溶液中去除后放置在盛具中使用热板进行烘干，烘干温度为70℃，烘干时间30分钟，得到最终干净的超薄石英衬底太赫兹芯片，如图6下所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，也应视作本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在正面具有太赫兹电路图形的石英晶圆表面旋涂临时键合材料，在临时载片的一面同时旋涂同样的临时键合材料；
(2)将键合材料层相对，使得具有太赫兹电路图形的石英一面倒扣在临时载片表面，通过加热、加压、抽真空的方式，将两面的键合材料层紧密贴附并排除干净层间的气泡；
(3)将暴露的石英衬底一面经过砂轮机械减薄，再通过化学抛光控制至设定的厚度；
(4)利用半导体工艺在石英衬底一侧将异形太赫兹电路部分的石英衬底使用介质覆盖保护，露出并定义划片道区域；
(5)利用等离子体刻蚀将划片道区域的石英先刻蚀一定深度，再利用氢氟酸基腐蚀液将划片道内剩余厚度的石英腐蚀完全；
(6)将完成划片道石英去除的键合片，先经过氧气灰化处理和丙酮清洗出去表面剩余的光刻胶，再去除石英芯片与临时载片间的键合材料，实现石英芯片与载片间的分离；
(7)将分离的超薄太赫兹石英衬底芯片捞出，并进行清洗和烘干。
2.根据权利要求1所述的一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述石英晶圆采用康宁7980熔融石英材质制作。
3.根据权利要求1所述的一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述临时键合材料在键合后能够耐受<250℃的工艺处理温度。
4.根据权利要求1所述的一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，其特征在于，步骤(3)砂轮减薄后石英衬底剩余厚度15-20微米，化学抛光后衬底剩余3-4微米，抛光速率控制在1微米/小时。
5.根据权利要求1所述的一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述半导体工艺为光刻工艺，用于电路部分保护的介质为光刻胶，光刻胶厚度为4-6微米。
6.根据权利要求1所述的一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述去除划片道区域内石英材料的方法为先等离子体刻蚀再湿法腐蚀，其中等离子体刻蚀所用的气体为纯氩气，刻蚀深度为2-3微米，整体刻蚀时间为3600-3900秒，并按每刻蚀300秒后暂停刻蚀30s静置降温；湿法腐蚀所用的氢氟酸基腐蚀液为体积比为4:1的40％氟化铵水溶液：49％氢氟酸溶液的混合液，腐蚀深度1-2微米，整体腐蚀时间11-22分钟。
7.根据权利要求1所述的一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，其特征在于，步骤(6)中石英芯片与临时载片间的键合材料的去除方法湿法浸泡溶解。
8.根据权利要求1所述的一种异形超薄石英衬底太赫兹芯片的制备方法，其特征在于，步骤(7)的清洗方法为：依次经过Dupont EKC830去胶剂、丙酮、异丙醇、乙醇溶液浸泡清洗。
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