用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法
【專利摘要】本發明提供一種用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法，包括：將承載基片的上表面局部制備金屬薄膜區作為電鍍連通區；將超薄石英基片上表面制備金屬薄膜作為待圖形電鍍面，與承載基片形成臨時鍵合體；在待圖形電鍍面上形成鍵合區和圖形化光刻膠區，將該鍵合區與電鍍連通區通過金絲導通；電鍍加厚金屬電極層和保護金屬層；去除所述金絲，將圖形化光刻膠剝離干凈，保護所述電鍍連通區，將未電鍍加厚區域的金屬層刻蝕干凈，再去除所述保護金屬層；將所述超薄石英基片與所述承載基片分離。采用上述方案，可以在超薄石英基片上進行高精度線寬/線間距薄膜電路圖形的電鍍操作，而且導帶尺寸能夠精確控制，工藝簡單易行，成本低廉，良品率高。
【專利說明】用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及毫米波、亞毫米波集成電路制造【技術領域】，具體涉及一種用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法。
【背景技術】
[0002]目前，石英基片作為太赫茲頻段部件普遍采用的電路基材，材料選擇高純度的各向同性熔融石英，原因在于在數百⑶2頻帶內石英的介電常數較為穩定，損耗低于目前微波毫米波頻段基板材料，其熱和機械性能也較為穩定。石英基片上薄膜電路圖形通常采用半導體集成電路工藝的大基片、多單元方式制備，加工精度可達微米級別。目前設計的超薄電路圖形具備以下特征:1、基片厚度小到509 0或更薄；2、外形精度高，尤其是寬度精度已達0.01111111 ；3、電路圖形最小線寬/線間距已達10 4 III甚至微米級；4、長寬比最大已接近50:1。但由于厚度小于等于50^ 的石英基片具有超薄、尺寸小、易碎等特點，在其上集成具有精細線寬的單/雙面薄膜電路就變得異常困難。在電路電鍍方面的主要技術問題在于:如何克服石英基片超薄易碎和鍍層側向生長的缺陷，以實現在厚度小于等于500 0的石英基片單/雙面薄膜電路圖形上電鍍制備小到109 0甚至微米級特征線寬尺寸的高精度功能涂層。
[0003]微波薄膜集成電路圖形的傳統制作方法有三種:一種是整板電鍍深腐蝕法，即先整板電鍍后光刻成型，屬于減成法制作工藝；第二種是先光刻圖形后電鍍法，即先經過沉積種子層、光刻，(若有孤立導帶，接著使用超聲壓焊金絲以實現電連接，)然后電鍍金屬層而達到要求。第三種是底層連接電鍍法，即先對真空鍍膜的基板進行光刻，腐蝕去除電路圖形以外的表面膜層而保留下面的打底層(如或1^0，利用打底層來實現圖形的電連接，然后進行電鍍，這樣就可在圖形上鍍上金屬而在打底層上鍍不上金屬，最后腐蝕除去打底層即可。第一種方法不但成本高，且由于電鍍膜層較厚，濕法腐蝕存在較大的腐蝕因子，使得帶線的尺寸變小，精度變差；后面兩種方法除了具有各自的缺點外(第二種方法壓焊會引入導帶上凹坑，工序繁瑣，影響產品質量、可靠性和生產率；第三種方法打底層金屬材料方阻范圍選擇不當或氧化鈍化處理不當，打底層上容易產生金屬鍍點)，還會隨著鍍層厚度的增加，帶線側生長也增加，使帶線尺寸增加，精度也變差。這三種方法都給導體尺寸的精確控制帶來困難，從而影響器件的性能和成品率。
[0004]用圖形電鍍法制作的薄膜電路圖形由于具有帶線側生長小、線條邊緣陡直、圖形分辨率高等優點而受到重視。圖形電鍍法，即帶光刻膠電鍍法，是指在真空鍍膜的基礎上先用反版做出光刻膠掩膜(除所需要的圖形暴露外，其余的全用光刻膠掩膜掩蔽)，然后依靠光刻膠下面的金屬種子層做圖形的電連接進行電鍍功能層，最后去膠腐蝕出圖形。
[0005]現有技術提供了一種采用電路襯底背面減薄技術來實現用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法，包括:在一厚石英基片(稱為器件襯底)上表面完成器件加工，形成薄膜電路圖形；包括基片清洗、真空沉積金屬薄膜、反版做出光刻膠掩膜、電鍍、去膠、刻蝕出圖形，接下來將承載襯底和/或器件襯底涂覆一層鍵合粘合劑，然后將兩塊襯底臨時鍵合形成粘合體并轉移至鍵合腔，小心地置于鍵合腔中央，提高溫度后在真空中進行鍵合。臨時鍵合后，對該襯底疊層進行背面加工，包括減薄至目標厚度、金屬化和電鍍等，再將形成薄膜電路圖形的薄石英基片從承載襯底上剝離下來。
[0006]采用電路襯底背面減薄技術來實現用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法，最大缺點是圖形電鍍后襯底背面減薄時所用的臨時鍵合機、拋光機和臨時解鍵合機等必備輔助設備價格昂貴且工藝復雜，而且用到的臨時鍵合材料選擇面受限度較大。
[0007]專利申請號為201310617579.1的專利另外提供了一種用于超薄石英基片上電鍍薄膜電路圖形的方法，屬于上述的第二種電鍍方法，即先光刻圖形后電鍍法，電鍍時會隨著鍍層厚度的增加，帶線側生長也增加，使帶線尺寸增大，精度也變差，給導體尺寸的精確控制帶來困難。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法，以改進目前存在的超薄石英基片薄膜電路的電鍍方法存在的不足，實現在超薄石英基片上進行高精度線寬/線間距薄膜電路圖形的電鍍操作，降低成本，提高成品率。
[0009]為達上述目的，本發明提供了一種用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法，其包括:
[0010]將承載基片的上表面進行拋光，并在拋光面的局部制備金屬薄膜區作為電鍍連通區；
[0011]將超薄石英基片雙面拋光，在其上表面制備金屬薄膜作為待圖形電鍍面，下表面通過光刻膠濕膜與所述承載基片的拋光面上未制備金屬薄膜的區域粘接形成臨時鍵合體；
[0012]通過涂覆光刻膠、前烘、曝光、顯影及后烘，在所述臨時鍵合體的待圖形電鍍面上形成鍵合區和圖形化光刻膠區，并將該鍵合區與所述電鍍連通區通過金絲導通；
[0013]在該臨時鍵合體上先后電鍍加厚金屬電極層和保護金屬層；
[0014]去除所述金絲，將圖形化光刻膠剝離干凈，保護所述電鍍連通區，將未電鍍加厚區域的金屬層刻蝕干凈，再去除所述保護金屬層；
[0015]將所述超薄石英基片與所述承載基片分離。
[0016]上述技術方案具有如下有益效果:
[0017]上述技術方案使用基于超薄石英基片與承載基片的臨時鍵合與解鍵合技術做支撐，將超薄石英基片下表面與承載基片局部金屬化的拋光面粘接形成臨時鍵合體，通過金絲互連形成導電通路，進而實現超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍操作，在該臨時鍵合體上先后電鍍加厚金屬電極層和保護金屬層；去除所述金絲，將圖形化光刻膠剝離干凈，保護所述電鍍連通區，將未電鍍加厚區域的金屬層刻蝕干凈，再去除所述保護金屬層，最后再將所屬超薄石英基片與所述承載基片分離。采用上述方案，可以在超薄石英基片上進行高精度線寬/線間距薄膜電路圖形的電鍍操作，而且導帶尺寸能夠精確控制，工藝簡單易行，成本低廉，良品率聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發明提供的一種用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍的方法流程圖；
[0020]圖2是本發明實施例二中，臨時鍵合體結構示意圖；
[0021]圖3是本發明實施例二中，形成圖形化光刻膠后的臨時鍵合體示意圖；
[0022]圖4是本發明實施例二中，電鍍加厚金屬電極層和保護金屬層后的臨時鍵合體示意圖；
[0023]圖5是本發明實施例二中，刻蝕后的臨時鍵合體示意圖；
[0024]圖6是本發明實施例二得到的超薄石英基片薄膜電路示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0026]基于現有技術中存在的上述問題，本發明實施例針對超薄石英基片薄膜電路提供一種全新的圖形電鍍方法。該方法使用基于超薄石英襯底的臨時鍵合與解鍵合技術做支撐，采用紫外敏感正性光刻膠作為粘結劑將超薄石英基片背面與承載基片局部金屬化的拋光面粘接形成臨時鍵合體，通過金絲互連形成導電通路，進而實現超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍操作。該方法可以在超薄石英基片上進行高精度線寬/線間距薄膜電路圖形的電鍍操作，而且導帶尺寸能夠精確控制，工藝簡單易行，成本低廉，良品率高。以下通過具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0027]實施例一
[0028]如圖1所示，為本發明提供的一種用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍的方法流程圖，該方法包括以下步驟:
[0029]步驟101，將承載基片的上表面進行拋光，并在拋光面的局部制備金屬薄膜區作為電鍍連通區；
[0030]步驟102，將超薄石英基片雙面拋光，在其上表面制備金屬薄膜作為待圖形電鍍面，下表面通過光刻膠濕膜與所述承載基片的拋光面上未制備金屬薄膜的區域粘接形成臨時鍵合體；
[0031]步驟103，通過涂覆光刻膠、前烘、曝光、顯影及后烘，在所述臨時鍵合體的待圖形電鍍面上形成鍵合區和圖形化光刻膠區，并將該鍵合區與所述電鍍連通區通過金絲導通；
[0032]步驟104，在該臨時鍵合體上先后電鍍加厚金屬電極層和保護金屬層；
[0033]步驟105，去除所述金絲，將圖形化光刻膠剝離干凈，保護所述電鍍連通區，將未電鍍加厚區域的金屬層刻蝕干凈，再去除所述保護金屬層；
[0034]步驟106，將所述超薄石英基片與所述承載基片分離。
[0035]可選的，所述超薄石英基片的下表面為無金屬薄膜表面，或為由金屬薄膜圖形和鍵合區組成的導電通路表面，或為全板薄膜金屬化接地面。
[0036]較佳的，步驟102中，所述超薄石英基片的下表面通過光刻膠濕膜與所述承載基片的拋光面上未制備金屬薄膜的區域粘接形成臨時鍵合體，包括:在所述承載基片拋光面上涂覆一層光刻膠濕膜，將所述超薄石英基片的下表面通過真空筆吸附迅速貼合在所述承載基片拋光面上未制備金屬薄膜的區域的光刻膠濕膜上，然后在80-901溫度下干燥10分鐘或在1101溫度下干燥5分鐘。
[0037]本發明優選的，步驟102中，所述光刻膠為紫外敏感正性光刻膠；所述光刻膠濕膜的涂覆方法為旋轉涂覆法或噴霧式涂布法。
[0038]可選的，所述電鍍，米用掛鍍方式，電鍍液與電鍍的金屬材料相對應，且每一種電鍍液僅電鍍加厚相對應的金屬。
[0039]本發明優選的，步驟106中，所述將所述超薄石英基片與所述承載基片分離，包括:
[0040]將所述臨時鍵合體用丙酮在室溫下超聲波處理10分鐘，以便將粘結用光刻膠去除干凈；
[0041]將所述承載基片與所述超薄石英基片分離，然后將超薄石英基片用去離子水清洗干凈，干燥。
[0042]本發明優選的，所述超薄石英基片的形狀為圓形、長方形、正方形或不規則形狀；厚度為 30 1-1 111-50 1-1 III ；平面面積為。
[0043]本發明優選的，所述承載基片的形狀為圓形、長方形、正方形或不規則形狀；平面面積大于或等于所述超薄石英基片的面積；厚度為0.254.-0.65皿；所述承載基片的材料為純度99.6% -100%的氧化鋁基片或純度98%的氮化鋁基片或藍寶石基片或石英基片；所述承載基片上的電鍍連通區的金屬薄膜與所述超薄石英基片上的金屬薄膜材料可相同或不同。
[0044]實施例二
[0045]下面，將結合附圖2、3、4、5及6，以一具體實例對本發明進行說明。
[0046]如圖2所示，首先提供一超薄石英基片502和一承載基片504。超薄石英基片502雙面拋光，形狀為正方形，厚度為50 4 III，平面尺寸為20111111，待電鍍表面真空沉積了金屬薄膜503，金屬薄膜503材料為111/八11薄膜，II1、八IX薄膜厚度分別為50110和20011111，采用磁控濺射技術制備，超薄石英基片502非待電鍍表面為無金屬薄膜表面；承載基片504單面拋光，材料為純度99.6%的氧化鋁陶瓷，平面尺寸為50.8111111^50.8臟，厚度為0.5臟。承載基片504上有一局部金屬化薄膜區作為電鍍連通區506，電鍍連通區506材料為111/^11薄膜，通過磁控濺射技術制備，I抓、II1、八11薄膜厚度分別為50鹽、50鹽和200111
[0047]如圖2所示，將超薄石英基片502待電鍍表面朝上，背面與承載基片504拋光面非金屬化薄膜區域通過光刻膠505粘接形成一臨時鍵合體。具體方法為:在承載基片504拋光面上旋轉涂布一層0390？6型正性光刻膠濕膜，勻膠轉速300011)111，勻膠時間為208，然后將超薄石英基片502待電鍍表面朝上通過真空筆吸附迅速放置在該承載基片非金屬化薄膜區域的光刻膠濕膜上，接下來在901下干燥10-！！。
[0048]如圖3所示，在臨時鍵合體超薄石英基片502的金屬薄膜503表面上旋轉涂布一層8？-218型正性光刻膠，勻膠轉速600011)111，勻膠時間為308，然后在901恒溫干燥箱中前烘lOmin，采用紫外線接觸式曝光，曝光時將掩膜版的膠膜面朝下，光強6mW/cm2，曝光時間15s,曝光完后使用顯影液顯影，室溫下顯影30s，經過去離子水漂洗15s后，用氮氣吹干，再在120°C恒溫干燥箱中后烘20分鐘。經過涂覆光刻膠、前烘、曝光、顯影和后烘一系列步驟，就在該臨時鍵合體超薄石英基片502的金屬薄膜503上表面得到圖形化光刻膠區507和鍵合區508。再將承載基片504的電鍍連通區506與超薄石英基片待電鍍表面的鍵合區508通過18 μ m金絲509楔焊互連導通。
[0049]如圖4所示，將互連導通的臨時鍵合體浸入25°C除油劑中處理60s，用去離子水快速沖洗30s，接著將該臨時鍵合體放入鹽酸中微蝕60s，用去離子水快速沖洗30s，然后接通電源，將電流密度設置為6mA/cm2，預鍍金10s，再將電流密度和電鍍時間分別設置為4mA/cm2和15min,制備金鍍層3 μ m。電鍍金后,再接著電鍍3 μ m銅鍍層。將互連導通的臨時鍵合體依次經過除油、酸洗、掛鍍方式電鍍金、電鍍銅一系列步驟，則在該臨時鍵合體的超薄石英基片502待電鍍表面圖形化光刻膠區507之外區域實現了電鍍金鍍層510和保護金屬層511的制作。
[0050]接下來，先使用手術刀將互連金絲509去除干凈，然后使用丙酮在室溫下清洗30s，將超薄石英基片502上表面的圖形化光刻膠507剝離干凈，再使用光刻膠512保護電鍍連通區506。用碘-碘化鉀溶液在室溫下腐蝕濺射的Au薄膜，腐蝕干凈后，再使用雙氧水在室溫下腐蝕TiW薄膜，則在該臨時鍵合體超薄石英基片502上將電鍍層外(即圖形化光刻膠區507所在位置處)的金屬薄膜503刻蝕完成。再使用三氯化鐵溶液將保護金屬層511刻蝕，則完成了在超薄石英基片502上薄膜電路的圖形電鍍制作。圖形電鍍制作完成之后的鍵合體如圖5所示。
[0051]使用丙酮在室溫下超聲波處理10分鐘，順利地將承載基片504和表面完成圖形電鍍的超薄石英基片502分離，然后將超薄石英基片502用去離子水清洗干凈，干燥，即完成了超薄石英基片502薄膜電路的圖形電鍍制作。分離之后得到的超薄石英基片薄膜電路如圖6所示。
[0052]綜上所述，本發明的用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法，使用基于超薄石英襯底的臨時鍵合與解鍵合技術做支撐，采用紫外敏感正性光刻膠作為粘結劑將超薄石英基片背面與承載基片局部金屬化的拋光面粘接形成臨時鍵合體，通過金絲互連形成導電通路，進而實現超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍操作。采用上述方案，可以在超薄石英基片上進行高精度線寬/線間距薄膜電路圖形的電鍍操作，而且導帶尺寸能夠精確控制，工藝簡單易行，成本低廉，良品率聞。
[0053]本領域技術人員還可以了解到本發明實施例列出的各種說明性邏輯塊(illustrative logical block),單元,和步驟可以通過電子硬件、電腦軟件,或兩者的結合進行實現。為清楚展示硬件和軟件的可替換性(interchangeability),上述的各種說明性部件(illustrative components),單元和步驟已經通用地描述了它們的功能。這樣的功能是通過硬件還是軟件來實現取決于特定的應用和整個系統的設計要求。本領域技術人員可以對于每種特定的應用，可以使用各種方法實現所述的功能，但這種實現不應被理解為超出本發明實施例保護的范圍。
[0054]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于超薄石英基片薄膜電路的圖形電鍍方法，其特征在于，包括: 將承載基片的上表面進行拋光，并在拋光面的局部制備金屬薄膜區作為電鍍連通區； 將超薄石英基片雙面拋光，在其上表面制備金屬薄膜作為待圖形電鍍面，下表面通過光刻膠濕膜與所述承載基片的拋光面上未制備金屬薄膜的區域粘接形成臨時鍵合體； 通過涂覆光刻膠、前烘、曝光、顯影及后烘，在所述臨時鍵合體的待圖形電鍍面上形成鍵合區和圖形化光刻膠區，并將該鍵合區與所述電鍍連通區通過金絲導通； 在該臨時鍵合體上先后電鍍加厚金屬電極層和保護金屬層； 去除所述金絲，將圖形化光刻膠剝離干凈，保護所述電鍍連通區，將未電鍍加厚區域的金屬層刻蝕干凈，再去除所述保護金屬層； 將所述超薄石英基片與所述承載基片分離。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述超薄石英基片的下表面為無金屬薄膜表面，或為由金屬薄膜圖形和鍵合區組成的導電通路表面，或為全板薄膜金屬化接地面。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述超薄石英基片的下表面通過光刻膠濕膜與所述承載基片的拋光面上未制備金屬薄膜的區域粘接形成臨時鍵合體，包括:在所述承載基片拋光面上涂覆一層光刻膠濕膜，將所述超薄石英基片的下表面通過真空筆吸附迅速貼合在所述承載基片拋光面上未制備金屬薄膜的區域的光刻膠濕膜上，然后在80-90°C溫度下干燥10分鐘或在110°C溫度下干燥5分鐘。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述光刻膠為紫外敏感正性光刻膠；所述光刻膠濕膜的涂覆方法為旋轉涂覆法或噴霧式涂布法。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電鍍，采用掛鍍方式，電鍍液與電鍍的金屬材料相對應，且每一種電鍍液僅電鍍加厚相對應的金屬。
6.如權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，所述將所述超薄石英基片與所述承載基片分離，包括: 將所述臨時鍵合體用丙酮在室溫下超聲波處理10分鐘，以便將粘結用光刻膠去除干凈; 將所述承載基片與所述超薄石英基片分離，然后將超薄石英基片用去離子水清洗干凈，干燥。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述超薄石英基片的形狀為圓形、長方形、正方形或不規則形狀；厚度為30 μ m-50 μ m ;平面面積為lcm2-60cm2。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述承載基片的形狀為圓形、長方形、正方形或不規則形狀；平面面積大于或等于所述超薄石英基片的面積；厚度為.0.254mm-0.65mm ;所述承載基片的材料為純度99.6% -100 %的氧化鋁基片或純度98%的氮化鋁基片或藍寶石基片或石英基片；所述承載基片上的電鍍連通區的金屬薄膜與所述超薄石英基片上的金屬薄膜材料可相同或不同。
【文檔編號】H01L21/768GK104465501SQ201410698402
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】王凱, 吳恒奎 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所