一种改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法技术

本发明专利技术涉及石英材料，具体涉及一种改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法。所述方法包括在温度T1下对石英晶圆进行第一次预热，时长t1；进行除气，设定温度T2，时长t2；在所述石英晶圆的一面进行沉积；将完成第一次沉积的石英晶圆取出，在温度T3下对其进行第二次预热，时长t3；进行除气，设定温度T4，时长t4；在所述石英晶圆的另一面进行沉积。本发明专利技术通过在两面成膜前额外进行两次温度不同的预热，精确控制基材温度进而改善双面膜层致密度一致性。基材温度进而改善双面膜层致密度一致性。基材温度进而改善双面膜层致密度一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法


[0001]本专利技术涉及石英材料，具体涉及一种改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法。

技术介绍

[0002]石英材料，因其独特的压电特性成为多种传感器、滤波器等器件的理想材料。而将石英由原材料加工成小型化、高性能器件的工艺，与传统的硅MEMS工艺(Micro
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Electro
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Mechanical System)相对，称为石英MEMS工艺。与半导体制造工艺类似，石英MEMS工艺同样包含镀膜、光刻、刻蚀、封装等工艺。一个典型的石英结构加工过程包括：石英表面沉积膜层(通常为金属，可能为单面或双面)，通过光刻将图形转移到膜层上，最后再进行刻蚀(通常为湿法)形成特定结构。
[0003]与IC制造工艺有所区别的是，一部分石英MEMS传感器对其双面尺寸的一致性有严格的要求，双面尺寸的差异将导致其结构偏离设计，进而导致器件精度下降。这种双面尺寸的差异在石英MEMS器件上是常见的。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决以上技术问题之一。
[0005]本专利技术研究发现，在石英MEMS器件上双面尺寸差异的重要原因之一是石英两侧表面的金属膜层即存在致密度上的差异。一方面，膜层本身因致密度不同，其被刻蚀时的速率不同，导致光刻结束后晶圆两侧的掩模图形就已经出现尺寸差异；另一方面，以致密度不同的金属薄膜作掩模进行石英刻蚀时，其速率也有差异。进一步地，导致致密度差异的则是镀膜过程中的除气步骤，这一过程通常都是在镀膜前使用照射灯加热来完成的。晶圆进行镀膜前，若晶圆的另一面已经完成镀膜，照射灯将反射照射灯光，削弱其加热效果，导致在进行沉积步骤前基材温度有明显的差异，进而导致上述问题。
[0006]本专利技术首先提供一种改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法，通过在两面成膜前额外进行两次温度不同的预热，精确控制基材温度进而改善双面膜层致密度一致性。
[0007]具体而言，一种改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法，包括：
[0008]S1.在温度T1下对石英晶圆进行第一次预热，时长t1；
[0009]S2.进行除气，设定温度T2，时长t2；
[0010]S3.在所述石英晶圆的一面进行沉积；
[0011]S4.将完成第一次沉积的石英晶圆取出，在温度T3下对其进行第二次预热，时长t3；
[0012]S5.进行除气，设定温度T4，时长t4；
[0013]S6.在所述石英晶圆的另一面进行沉积。
[0014]在一些实施例，步骤S1所述石英晶圆事先经湿法清洗并干燥。
[0015]在一些实施例，步骤S1所述石英晶圆的厚度为100
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700μm，例如200
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500μm。
[0016]在一些实施例，所述温度T1为80
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150℃，例如100
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120℃。研究发现，在该温度下预热可以使晶圆处于合适的初始温度。设定温度过低时(小于80℃)，沉积时的温度将更多的受除气温度T2的影响，导致预热效果较差；若过高(即高于除气温度，典型值140℃)，则导致除气步骤效果不理想，除气步骤在除气本身以外，还承担了在真空环境下精准控制、调节晶圆温度的功能，若除气前晶圆温度已超过除气温度，则调节效果差，晶圆温度无法精准控制。
[0017]在一些实施例，所述时长t1为20
‑
40min，例如20
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30min。研究发现，在该时长下预热可以为使晶圆实际温度接近或等同于预热温度设定值，除气时间应足够长。综合考虑晶圆厚度与预热温度，20分钟可以确保温度达到设定值；时间过长(至40分钟以上)，则预热效果上不会有额外效果，反而由于时间延长降低效率。
[0018]在一些具体实施例，所述石英晶圆的厚度为500μm，所述温度T1为100℃，所述时长t1为30min。
[0019]在一些具体实施例，所述石英晶圆的厚度为200μm，所述温度T1为120℃，所述时长t1为30min。
[0020]在一些实施例，所述温度T2为100
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150℃。为在短时间内尽可能的除尽水汽，温度应大于100℃；大于150℃后，进一步提升温度对除水效果影响不大。
[0021]在一些实施例，所述时长t2为3
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10min，例如3
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8min。研究发现，除气时长过短则不能除净，过长则对精确控温、除水的效果没有更多帮助。
[0022]在一些实施例，所述时长t2小于或等于所述时长t1的1/10。研究发现，如果t2时间过长，会影响t1的控温效果。
[0023]在一些实施例，步骤S2中所述除气的温度T2高于步骤S1所述预热的温度T1，例如温度T2高于温度T1 20
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50℃，具体例如高于50℃。研究发现，若除气前晶圆温度已超过除气温度，则调节效果差，晶圆温度无法精准控制。
[0024]在一些实施例，步骤S3在所述石英晶圆的一面进行沉积金属，形成金属膜层。具体地，所述金属包括铬、镍、钛、银、钨、金等中的一种或几种，可采用本领域常规方法例如磁控溅射、蒸发镀膜等方法进行沉积。沉积形成的金属膜层可根据需要而定。
[0025]在一些实施例，所述温度T3为130
‑
150℃。研究发现，在该温度下预热可以使晶圆处于合适的初始温度。设定温度过低时(小于130℃)，沉积时的温度将更多的受除气温度T4的影响，导致预热效果较差；若过高(即高于除气温度，典型值150℃)，则导致除气步骤效果不理想，除气步骤在除气本身以外，还承担了在真空环境下精准控制、调节晶圆温度的功能，若除气前晶圆温度已超过除气温度，则调节效果差，晶圆温度无法精准控制。
[0026]在一些实施例，所述时长t3为20
‑
30min。研究发现，在该时长下预热可以为使晶圆实际温度接近或等同于预热温度设定值，除气时间应足够长。综合考虑晶圆厚度与预热温度，20分钟可以确保温度达到设定值；时间过长(至40分钟以上)，则预热效果上不会有额外效果，反而由于时间延长降低效率。
[0027]在一些实施例，步骤S1中所述预热的温度T1与步骤S4中所述预热的温度T3不同。如上所述，在不进行预热的情况下，在两次沉积开始前，基材温度事实上是不同的。为使上述温度相同，则应进行差异化的预热。
[0028]在一些实施例，步骤S4中所述预热的温度T3高于步骤S1所述预热的温度T1，例如
温度T3高于温度T1 10
‑
30℃，具体例如高于30℃。研究发现，这样可以使得两次沉积开始前基材温度保持一致。
[0029]在一些实施例，所述温度T4为100
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150℃。为在短时间内尽可能的除尽水汽，温度应大于100℃；大于150℃后，进一步提升温度对除水效果影响不大。
[0030]在一些实施例，所述时长t4为3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法，其特征在于，包括：S1.在温度T1下对石英晶圆进行第一次预热，时长t1；S2.进行除气，设定温度T2，时长t2；S3.在所述石英晶圆的一面进行沉积；S4.将完成第一次沉积的石英晶圆取出，在温度T3下对其进行第二次预热，时长t3；S5.进行除气，设定温度T4，时长t4；S6.在所述石英晶圆的另一面进行沉积。2.根据权利要求1所述改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法，其特征在于，步骤S1所述石英晶圆的厚度为100
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700μm，可选200
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500μm。3.根据权利要求1或2所述改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法，其特征在于，所述温度T1为80
‑
150℃，可选100
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120℃；和/或，所述时长t1为20
‑
40min，可选20
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30min；可选地，所述石英晶圆的厚度为500μm，所述温度T1为100℃，所述时长t1为30min；或者，所述石英晶圆的厚度为200μm，所述温度T1为120℃，所述时长t1为30min。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述改善石英晶圆双面膜层致密度一致性的方法，其特征在于，所述温度T2为100
‑
150℃；和/或，所述时长t2为3
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10min，可选为3
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8min；可选地，所述时长t2小于或等于所述时长t1的1/10。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述改善石英晶圆双面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天宇，裴志强，郄立伟，赵黎明，王颖，尚帅，谷华锋，
申请(专利权)人：北京晨晶电子有限公司，
类型：发明
国别省市：