一种带电极的反向台面超薄晶片及其制备方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，具体说是一种带电极的反向台面超薄晶片及其制备方法。

背景技术

超薄晶片在一些应用领域有较大的需求。比如，石英谐振器需要使用5~70μm的超薄石英晶片；高灵敏度红外热释电传感器需要使用5~60μm的超薄钽酸锂晶片等。超薄晶片在后期加工、封装及使用过程中，常因厚度小、力学性能较差，容易受力破碎，大大影响了加工成品率以及使用的稳定性。因此，人们设计了一种反向台面结构，即在超薄晶片的下面添加支撑，可大大降低晶片的碎片率，并且方便操作。以晶振中使用的石英晶振为例，人们常使用一整块石英晶体，并在整块石英晶体的背面采用腐蚀、刻蚀等工艺把石英的部分区域减薄到大约20μm左右，从而制备反向台面结构。

目前带电极的反向台面超薄晶片中目标晶片的表面质量较差，粗糙平整度低，因而与其连接的电极层不连续，电机的有效面积小，从而影响谐振器的频率稳定性，研究发现，当电极表面斑痕多并且面积大时，谐振器甚至可以停振，并且由于晶振振动时因摩擦造成的损耗与晶片表面光滑度有关，因此目前带电极的反向台面超薄晶片制备的谐振器的频率稳定性差，使用寿命低。

超薄晶片在制备成器件的使用过程中，欧姆接触电极制备多为不可或缺的工艺，同时也是十分重要的工艺，其工艺的好坏，不仅仅影响半导体器件的光电转换率，还会直接影响器件的可靠性和寿命。但是，晶片减薄到几微米到几十微米厚度之后，晶片的机械强度大大降低，并且在后续的清洗、蒸镀电极等工艺过程中都需要对晶片进行转移，甚至会对晶圆表面施加机械作用力，晶片非常容易发生碎裂，从而导致成品率低。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种带电极的反向台面超薄晶片及其制备方法。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种带电极的反向台面超薄晶片，从上而下包括上电极、目标晶片、下电极、隔离层和支撑衬底晶片；其中目标晶片的厚度为10~80μm，并且目标晶片的总体厚度偏差ttv为0.005~1μm，表面粗糙度≤0.2nm，目标晶片的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英；隔离层为二氧化硅，厚度为100~4000nm；上电极和下电极均为厚度为5nm~1μm的金属膜，所述金属为金、银、铜或铂；支撑衬底晶片的厚度为0.2~1mm，支撑衬底晶片的材料为硅、石英或玻璃，并且目标晶片和支撑衬底晶片的材料不同。

优选的，目标晶片的材料为钽酸锂，支撑衬底晶片的材料为硅。

本发明还包括一种带电极的反向台面超薄晶片的制备方法，包括以下步骤：

①准备目标晶片和支撑衬底晶片，目标晶片的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英；支撑衬底晶片的材料为硅、石英或玻璃，并且目标晶片和支撑衬底晶片的材料不同；

②对目标晶片进行清洗；

③在目标晶片的一面制备一层金属膜作为下电极，然后在下电极面采用化学气相沉积工艺制备一层二氧化硅作为隔离层；得到带有二氧化硅隔离层的目标晶片；其中下电极为厚度为5nm~1μm的金属膜，所述金属为金、银、铜或铂；制作下电极采用的工艺为沉积法、溅射法、真空蒸发镀膜法或化学镀法；隔离层的厚度为100~4000nm；

④对支撑衬底晶片和步骤③所得带有二氧化硅隔离层的目标晶片进行清洗后键合，得到键合体；支撑衬底晶片的材料为硅、石英或玻璃，并且目标晶片和支撑衬底晶片的材料不同；

⑤对步骤④键合体中的目标晶片进行研磨减薄，并进行抛光处理，使目标晶片的厚度为10~80μm；然后在目标晶片上表面的抛光面制备一层金属膜作为上电极；其中上电极为厚度为5nm~1μm的金属膜，所述金属为金、银、铜或铂；制作上电极采用的工艺为沉积法、溅射法、真空蒸发镀膜法或化学镀法；

⑥将步骤④键合体中的支撑衬底晶片研磨减薄至0.2~1mm，然后在支撑衬底晶片的下表面制备掩模涂层图形，得到带有掩模涂层的键合体；掩模涂层为光刻胶；

⑦将步骤⑥所得带有掩模涂层的键合体浸入衬底腐蚀液，去除未掩模涂层图形的支撑衬底晶片部分；

当支撑衬底晶片的材料为硅时，衬底腐蚀液为tmah，氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或混合酸溶液；其中混合酸溶液由hf、hno3和ch3cooh组成，其中hf、hno3和ch3cooh的体积比为1：3~6：2~10.5；氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液的质量百分浓度均为5~26%；

当支撑衬底晶片的材料为石英或玻璃时，衬底腐蚀液为hf；

⑧先用掩模涂层腐蚀液去除掩模涂层，然后用酸性溶液去除隔离层，切割，得到带电极的反向台面超薄晶片；所述掩模涂层腐蚀液为丙酮；所述酸性溶液为质量浓度为30~40%的强酸溶液；所述强酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸或氢氟酸。

优选的制备方法，步骤④中的键合为常温直接键合或高真空键合。

优选的制备方法，所述酸性溶液为质量浓度为35%的氢氟酸溶液。

优选的制备方法，步骤②中对目标晶片进行清洗采用的是rca标准清洗工艺。

优选的的制备方法，制作上、下电极采用的工艺为真空蒸发镀膜法。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本申请的带电极的反向台面超薄晶片，从上而下包括上电极、目标晶片、下电极、隔离层和支撑衬底晶片；采用隔离层将目标晶片和支撑衬底晶片连接，其中目标晶片的表面质量好，表面平整度高，因而与目标晶片连接的上电极和下电极的有效面积大，制备的谐振器的频率稳定性高；

本申请的带电极的反向台面超薄晶片的制备方法，不仅可以保证上下电极与目标晶片间能有很好的欧姆接触，还能有效的解决在镀电极的过程中目标晶片的碎裂问题，降低反向台面的碎片率，大幅度的提高成品率，实现反向台面的批量生产。

附图说明

图1为带电极的反向台面超薄晶片的制备流程示意图；

图2为在目标晶片的一面制作下电极后的剖视图；

图3为在下电极上沉积二氧化硅隔离层后的剖视图；

图4为将隔离层与支撑衬底晶片键合后的剖视图；

图5为对键合体中的目标晶片进行研磨减薄、抛光后的剖视图；

图6为在目标晶片的上表面制作上电极后的剖视图；

图7为在支撑衬底晶片的下表面形成掩模图形后的剖视图；

图8为腐蚀掉部分衬底后的剖视图；

图9为腐蚀掉二氧化硅隔离层后的剖视图；

图10为去除掩模涂层后的剖视图；

图11为对晶片进行切割后的带电极的反向台面超薄晶片的剖视图；

附图标记：1上电极；2目标晶片；3下电极；4二氧化硅隔离层；5支撑衬底晶片；6掩模涂层。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种带电极的反向台面超薄晶片及其制备方法，通过以下技术方案实现：

一种带电极的反向台面超薄晶片，从上而下包括上电极、目标晶片、下电极、隔离层和支撑衬底晶片；其中目标晶片的厚度为10~80μm，并且目标晶片的总体厚度偏差ttv为0.005~1μm，表面粗糙度≤0.2nm，目标晶片的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英；隔离层为二氧化硅，厚度为100~4000nm；上电极和下电极均为厚度为5nm~1μm的金属膜，所述金属为金、银、铜或铂；支撑衬底晶片的厚度为0.2~1mm，支撑衬底晶片的材料为硅、石英或玻璃，并且目标晶片和支撑衬底晶片的材料不同。

优选的，目标晶片的材料为钽酸锂，支撑衬底晶片的材料为硅。

本发明还包括一种带电极的反向台面超薄晶片的制备方法，包括以下步骤：

①准备目标晶片和支撑衬底晶片，目标晶片的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英；支撑衬底晶片的材料为硅、石英或玻璃，并且目标晶片和支撑衬底晶片的材料不同；

②对目标晶片进行清洗；

③在目标晶片的一面制备一层金属膜作为下电极，然后在下电极面采用化学气相沉积工艺制备一层二氧化硅作为隔离层；得到带有二氧化硅隔离层的目标晶片；其中下电极为厚度为5nm~1μm的金属膜，所述金属为金、银、铜或铂；制作下电极采用的工艺为沉积法、溅射法、真空蒸发镀膜法或化学镀法；隔离层的厚度为100~4000nm；

④对支撑衬底晶片和步骤③所得带有二氧化硅隔离层的目标晶片进行清洗后键合，得到键合体；支撑衬底晶片的材料为硅、石英或玻璃，并且目标晶片和支撑衬底晶片的材料不同；

⑤对步骤④键合体中的目标晶片进行研磨减薄，并进行抛光处理，使目标晶片的厚度为10~80μm；然后在目标晶片上表面的抛光面制备一层金属膜作为上电极；其中上电极为厚度为5nm~1μm的金属膜，所述金属为金、银、铜或铂；制作上电极采用的工艺为沉积法、溅射法、真空蒸发镀膜法或化学镀法；

⑥将步骤④键合体中的支撑衬底晶片研磨减薄至0.2~1mm，然后在支撑衬底晶片的下表面制备掩模涂层图形，得到带有掩模涂层的键合体；掩模涂层为光刻胶；

⑦将步骤⑥所得带有掩模涂层的键合体浸入衬底腐蚀液，去除未掩模涂层图形的支撑衬底晶片部分；

当支撑衬底晶片的材料为硅时，衬底腐蚀液为tmah，氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或混合酸溶液；其中混合酸溶液由hf、hno3和ch3cooh组成，其中hf、hno3和ch3cooh的体积比为1：3~6：2~10.5；氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液的质量百分浓度均为5~26%；

当支撑衬底晶片的材料为石英或玻璃时，衬底腐蚀液为hf；

⑧先用掩模涂层腐蚀液去除掩模涂层，然后用酸性溶液去除隔离层，切割，得到带电极的反向台面超薄晶片；所述掩模涂层腐蚀液为丙酮；所述酸性溶液为质量浓度为30~40%的强酸溶液；所述强酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸或氢氟酸。

优选的制备方法，步骤④中的键合为常温直接键合或高真空键合。

优选的制备方法，所述酸性溶液为质量浓度为35%的氢氟酸溶液。

优选的制备方法，步骤②中对目标晶片进行清洗采用的是rca标准清洗工艺。

优选的的制备方法，制作上、下电极采用的工艺为真空蒸发镀膜法。

以下结合具体实施例来对本发明作进一步的描述。

本发明中对上、下电极的制作工艺采用的沉积法、溅射法、真空蒸发镀膜法、化学镀法均为可查询到的现有的成熟技术。

常温直接键合或高真空键合技术均为现有技术。

实施例1

一种带电极的反向台面超薄晶片，从上而下包括上电极、目标晶片、下电极、隔离层和支撑衬底晶片；其中目标晶片的厚度为10μm，并且目标晶片的总体厚度偏差ttv为0.005~1μm，表面粗糙度≤0.2nm，目标晶片的材料为钽酸锂；隔离层为二氧化硅，厚度为100nm；上电极和下电极均为厚度为5nm的金属膜，所述金属为金；支撑衬底晶片的厚度为0.2mm，支撑衬底晶片的材料为硅。

实施例2

一种带电极的反向台面超薄晶片，从上而下包括上电极、目标晶片、下电极、隔离层和支撑衬底晶片；其中目标晶片的厚度为80μm，并且目标晶片的总体厚度偏差ttv为0.005~1μm，表面粗糙度≤0.2nm，目标晶片的材料为铌酸锂；隔离层为二氧化硅，厚度为4000nm；上电极和下电极均为厚度为1μm的金属膜，所述金属为银；支撑衬底晶片的厚度为1mm，支撑衬底晶片的材料为石英。

实施例3

一种带电极的反向台面超薄晶片，从上而下包括上电极、目标晶片、下电极、隔离层和支撑衬底晶片；其中目标晶片的厚度为20μm，并且目标晶片的总体厚度偏差ttv为0.005~1μm，表面粗糙度≤0.2nm，目标晶片的材料为石英；隔离层为二氧化硅，厚度为500nm；上电极和下电极均为厚度为100nm的金属膜，所述金属为铜；支撑衬底晶片的厚度为0.5mm，支撑衬底晶片的材料为玻璃。

实施例4

一种带电极的反向台面超薄晶片，从上而下包括上电极、目标晶片、下电极、隔离层和支撑衬底晶片；其中目标晶片的厚度为50μm，并且目标晶片的总体厚度偏差ttv为0.005~1μm，表面粗糙度≤0.2nm，目标晶片的材料为钽酸锂；隔离层为二氧化硅，厚度为2000nm；上电极和下电极均为厚度为0.5μm的金属膜，所述金属为铂；支撑衬底晶片的厚度为0.8mm，支撑衬底晶片的材料为石英。

实施例5

实施例1所述的一种带电极的反向台面超薄晶片的制备方法，如图1所示的流程示意图，包括以下步骤：

①准备目标晶片和支撑衬底晶片，目标晶片的材料为钽酸锂；支撑衬底晶片的材料为硅；

②对目标晶片进行清洗；

③在目标晶片的一面制备一层金属膜作为下电极（图2），然后在下电极面采用化学气相沉积工艺制备一层二氧化硅作为隔离层（图3）；得到带有二氧化硅隔离层的目标晶片；其中下电极为厚度为5nm的金属膜，所述金属为金；制作下电极采用的工艺为沉积法；隔离层的厚度为100nm；

④对支撑衬底晶片和步骤③所得带有二氧化硅隔离层的目标晶片进行清洗后键合，得到键合体（图4）；

⑤对步骤④键合体中的目标晶片进行研磨减薄，并进行抛光处理，使目标晶片的厚度为10μm（图5）；然后在目标晶片上表面的抛光面制备一层金属膜作为上电极（图6）；其中上电极为厚度为5nm的金属膜，所述金属为金；制作上电极采用的工艺为沉积法；

⑥将步骤④键合体中的支撑衬底晶片研磨减薄至0.2mm，然后在支撑衬底晶片的下表面制备掩模涂层图形，得到带有掩模涂层的键合体（图7）；掩模涂层为光刻胶；

⑦将步骤⑥所得带有掩模涂层的键合体浸入衬底腐蚀液，去除未掩模涂层图形的支撑衬底晶片部分（图8）；

当支撑衬底晶片的材料为硅时，衬底腐蚀液为tmah，

衬底腐蚀液也可以选择具有相同腐蚀支撑衬底晶片功能的腐蚀溶液，如氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或混合酸溶液；其中混合酸溶液由hf、hno3和ch3cooh组成，其中hf、hno3和ch3cooh的体积比为1：3~6：2~10.5；氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液的质量百分浓度均为5~26%；

⑧先用掩模涂层腐蚀液去除掩模涂层（图9），然后用酸性溶液去除隔离层（图10），切割，得到带电极的反向台面超薄晶片（图11）；所述掩模涂层腐蚀液为丙酮；所述酸性溶液为质量浓度为30%的盐酸溶液。

实施例6

实施例2所述的带电极的反向台面超薄晶片的制备方法，包括以下步骤：

①准备目标晶片和支撑衬底晶片，目标晶片的材料为铌酸锂；支撑衬底晶片的材料为石英；

②对目标晶片进行清洗；

③在目标晶片的一面制备一层金属膜作为下电极，然后在下电极面采用化学气相沉积工艺制备一层二氧化硅作为隔离层；得到带有二氧化硅隔离层的目标晶片；其中下电极为厚度为1μm的金属膜，所述金属为银；制作下电极采用的工艺为溅射法；隔离层的厚度为4000nm；

④对支撑衬底晶片和步骤③所得带有二氧化硅隔离层的目标晶片进行清洗后键合，得到键合体；

⑤对步骤④键合体中的目标晶片进行研磨减薄，并进行抛光处理，使目标晶片的厚度为80μm；然后在目标晶片上表面的抛光面制备一层金属膜作为上电极；其中上电极为厚度为1μm的金属膜，所述金属为银；制作上电极采用的工艺为溅射法；

⑥将步骤④键合体中的支撑衬底晶片研磨减薄至1mm，然后在支撑衬底晶片的下表面制备掩模涂层图形，得到带有掩模涂层的键合体；掩模涂层为光刻胶；

⑦将步骤⑥所得带有掩模涂层的键合体浸入衬底腐蚀液hf中，去除未掩模涂层图形的支撑衬底晶片部分；

⑧先用掩模涂层腐蚀液去除掩模涂层，然后用酸性溶液去除隔离层，切割，得到带电极的反向台面超薄晶片；所述掩模涂层腐蚀液为丙酮；所述酸性溶液为质量浓度为40%的硫酸溶液。

实施例7

实施例3所述的带电极的反向台面超薄晶片的制备方法，包括以下步骤：

①准备目标晶片和支撑衬底晶片，目标晶片的材料为石英；支撑衬底晶片的材料为玻璃；

②对目标晶片进行清洗；

③在目标晶片的一面制备一层金属膜作为下电极，然后在下电极面采用化学气相沉积工艺制备一层二氧化硅作为隔离层；得到带有二氧化硅隔离层的目标晶片；其中下电极为厚度为500nm的金属膜，所述金属为铜；制作下电极采用的工艺为真空蒸发镀膜法；隔离层的厚度为500nm；

④对支撑衬底晶片和步骤③所得带有二氧化硅隔离层的目标晶片进行清洗后键合，得到键合体；

⑤对步骤④键合体中的目标晶片进行研磨减薄，并进行抛光处理，使目标晶片的厚度为20μm；然后在目标晶片上表面的抛光面制备一层金属膜作为上电极；其中上电极为厚度为500nm的金属膜，所述金属为铜；制作上电极采用的工艺为真空蒸发镀膜法；

⑥将步骤④键合体中的支撑衬底晶片研磨减薄至0.5mm，然后在支撑衬底晶片的下表面制备掩模涂层图形，得到带有掩模涂层的键合体；掩模涂层为光刻胶；

⑦将步骤⑥所得带有掩模涂层的键合体浸入衬底腐蚀液hf，去除未掩模涂层图形的支撑衬底晶片部分；

⑧先用掩模涂层腐蚀液去除掩模涂层，然后用酸性溶液去除隔离层，切割，得到带电极的反向台面超薄晶片；所述掩模涂层腐蚀液为丙酮；所述酸性溶液为质量浓度为32%的硝酸溶液。

实施例8

实施例4所述的带电极的反向台面超薄晶片的制备方法，包括以下步骤：

①准备目标晶片和支撑衬底晶片，目标晶片的材料为钽酸锂；支撑衬底晶片的材料为石英；

②对目标晶片进行清洗；

③在目标晶片的一面制备一层金属膜作为下电极，然后在下电极面采用化学气相沉积工艺制备一层二氧化硅作为隔离层；得到带有二氧化硅隔离层的目标晶片；其中下电极为厚度为0.5μm的金属膜，所述金属为铂；制作下电极采用的工艺为化学镀法；隔离层的厚度为2000nm；

④对支撑衬底晶片和步骤③所得带有二氧化硅隔离层的目标晶片进行清洗后键合，得到键合体；

⑤对步骤④键合体中的目标晶片进行研磨减薄，并进行抛光处理，使目标晶片的厚度为50μm；然后在目标晶片上表面的抛光面制备一层金属膜作为上电极；其中上电极为厚度为0.5μm的金属膜，所述金属为铂；制作上电极采用的工艺为化学镀法；

⑥将步骤④键合体中的支撑衬底晶片研磨减薄至0.8mm，然后在支撑衬底晶片的下表面制备掩模涂层图形，得到带有掩模涂层的键合体；掩模涂层为光刻胶；

⑦将步骤⑥所得带有掩模涂层的键合体浸入衬底腐蚀液hf，去除未掩模涂层图形的支撑衬底晶片部分；

⑧先用掩模涂层腐蚀液去除掩模涂层，然后用酸性溶液去除隔离层，切割，得到带电极的反向台面超薄晶片；所述掩模涂层腐蚀液为丙酮；所述酸性溶液为质量浓度为35%的氢氟酸溶液。