1.本发明属于半导体器件制造技术领域,具体涉及一种半导体微球的制备方法。
背景技术:
2.通过半导体的方法制备出微球已经被广泛的应用于激光器、光通信、光传感等领域。一般制备流程为使用光刻技术在衬底材料上制备出胶柱,再经过加热的方式使胶柱在热力学作用下形成微球形貌,然后经过刻蚀等半导体工艺制备出衬底材料的微球。
3.使用此工艺会受较多因素影响,特别在回流过程中,对其形貌形成有决定性影响,如果受外界因素影响,会导致其roc(radius of curvature)、rms(root mean square)、conic等参数受到影响,该影响通过刻蚀工艺进而影响成品(基底材料形成的微球透镜)光刻胶微球参数,具体的,微球面与标准的固定roc、conic球面做比较,该影响偏差可以通过rms进行反应出来。
技术实现要素:
4.本发明的主要目的在于提供一种半导体微球的制备方法,以克服现有技术中存在的不足。
5.为实现前述发明目的,本发明实施例采用的技术方案包括:
6.本发明实施例提供了一种半导体微球的制备方法,包括:
7.使用喷墨打印方式将墨水施加在半导体基底表面,形成墨水液滴微球;
8.使所述墨水液滴微球干燥,以在所述半导体基底表面形成胶球;
9.对所述胶球及半导体基底表面进行刻蚀,从而在所述半导体基底表面形成半导体微球。
10.进一步地,所述的半导体微球的制备方法,具体包括:至少通过调控所述墨水与半导体基底表面的接触角及墨水液滴微球,来调整所述胶球的参数,所述微球的参数包括胶球有效区域、曲率半径、直径、面型偏离程度中的一种或多种;其中,所述墨水液滴微球的体积记为v,曲率半径记为r,所述胶球的胶球矢高记为h,胶球的底部直径记为d,胶球的接触角记为α,且它们之间满足如下关系:v=πh^2*(3r-h)/3,α=arcsin(d/2/r),
11.进一步地,所述的半导体微球的制备方法,包括:对所述半导体基底进行表面处理。
12.更进一步地,所述表面处理包括利用六甲基二硅氮烷对所述半导体基底在100℃-150℃的条件下进行表面疏水化处理0.5h-1h,其中,所述六甲基二硅氮烷的喷涂流量为0.1scm-2scm,喷涂时间为0.5h-1h。
13.进一步地,所述墨水包括光刻胶或纳米压印胶水。
14.与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
15.本发明加工方法使用喷墨打印技术,通过控制墨水材料,墨水与基底的接触角,墨
水体积等因素,可以直接得到需要的胶球,不需再经过回流工艺,将外界因素对工艺的影响降到最低,进而保证最终成品光刻胶微球的品质,,从而提高最终半导体微球质量。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例,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的附图。
17.图1是本技术一实施方式中半导体微球的制备方法的流程示意图。
18.图2是对比例中半导体微球的制备方法的流程示意图。
19.附图标记说明:1、半导体基底,2、墨水,3、喷墨打印设备,4、墨水液滴微球,5、胶球,6、半导体微球,7、光刻胶,8、胶柱。
具体实施方式
20.鉴于现有技术的不足,本案发明人经长期研究和大量实践,得以提出本发明的技术方案,其主要是使用喷墨打印技术可以通过打印直接形成微球,无需经过传统的匀胶,曝光,显影,回流等工艺。如下将对该技术方案、其实施过程及原理作进一步的解释说明。
21.本发明实施例的一个方面提供了一种半导体微球的制备方法,包括:
22.使用喷墨打印方式将墨水施加在半导体基底表面,形成墨水液滴微球;
23.使所述墨水液滴微球干燥,以在所述半导体基底表面形成胶球;
24.对所述胶球及半导体基底表面进行刻蚀,从而在所述半导体基底表面形成半导体微球。
25.在一些优选实施例中,所述的半导体微球的制备方法,具体包括:至少通过调控所述墨水与半导体基底表面的接触角及墨水液滴微球,来调整所述胶球的参数,所述微球的参数包括胶球有效区域、曲率半径、直径、面型偏离程度中的一种或多种;其中,所述墨水液滴微球的体积记为v,曲率半径记为r,所述胶球的胶球矢高记为h,胶球的底部直径记为d,胶球的接触角记为α,且它们之间满足如下关系:v=πh^2*(3r-h)/3,α=arcsin(d/2/r),
26.在一些优选实施例中,所述的半导体微球的制备方法,包括:对所述半导体基底进行表面处理。
27.在一些更为优选的实施例中,所述表面处理包括利用六甲基二硅氮烷对所述半导体基底在100℃-150℃的条件下进行表面疏水化处理0.5h-1h,其中,所述六甲基二硅氮烷的喷涂流量为0.1scm-2scm,喷涂时间为0.5h-1h。
28.在一些优选实施例中,所述墨水可以包括光刻胶或纳米压印胶水,但不局限于此。
29.在一些优选实施例中,所述墨水液滴微球设置有多个,多个墨水液滴微球于所述半导体基底上呈阵列分布。
30.在一些优选实施例中,所述墨水液滴微球的干燥温度为50℃-100℃。
31.在一些优选实施例中,所述刻蚀的工艺条件为:以刻蚀试剂对所述胶球以0.03um/min-3um/min的刻蚀速度进行刻蚀,对所述半导体基底以0.1um/min-5um/min的刻蚀速度进行刻蚀。
32.在一些优选实施例中,所述半导体基底的材质可以包括硅片、熔融石英、砷化镓等中的任一种,但不局限于此。
33.在一些更为优选的实施例中,所述刻蚀剂可以包括四氟化碳(cf4)、八氟丙烷(c3f8)、三氟甲烷(chf3)、六氟化硫(sf6)等气体中的任一种或多种,但不局限于此。
34.在一些优选实施例中,所述半导体微球为半球形。
35.本发明实施例使用喷墨打印技术,通过控制墨水材料,墨水与基底的接触角,墨水体积等因素,可以直接得到需要的胶球,不需再经过回流工艺,将外界因素对工艺的影响降到最低,进而保证最终成品光刻胶微球的品质,如roc(radius of curvature)、rms、conic,直径,胶球面型偏离程度等参数稳定性。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例将做出了详细的说明。
37.实施例1
38.本实施例提供的半导体微球的制备方法,如图1所示,包括如下步骤:
39.s1、选取横向尺寸为1英寸,厚度为500μm~1500μm的硅晶圆作为半导体基底1,并在硅晶圆上利用六甲基二硅氮烷于100℃的条件下进行表面疏水化处理1h,其中,六甲基二硅氮烷的喷涂流量为0.1scm,喷涂时间为1h;
40.s2、选用az4620光刻胶作为墨水2,使用喷墨打印设备3将墨水2滴在硅晶圆上,形成呈阵列分布的墨水液滴微球4;
41.s3、使墨水液滴微球4在50℃下进行烘干,烘干后得到胶球5,其中,墨水液滴微球4的体积记为v,曲率半径记为r,胶球5的胶球矢高记为h,胶球5的底部直径记为d,胶球5的接触角记为α,且它们之间满足如下关系:v=πh^2*(3r-h)/3,α=arcsin(d/2/r),
42.s4、以cf4对胶球5及半导体基底1表面进行刻蚀,且对胶球5以0.03um/min的刻蚀速度进行刻蚀,对半导体基底1以0.1um/min的刻蚀速度进行刻蚀,以在半导体基底1表面形成有半球形的半导体微球6。
43.实施例2
44.本实施例提供的半导体微球的制备方法,如图l所示,包括如下步骤:
45.s1、选取横向尺寸为20英寸,厚度为1500μm的硅晶圆作为半导体基底1,并在硅晶圆上利用六甲基二硅氮烷于150℃的条件下进行表面疏水化处理0.5h,其中,六甲基二硅氮烷的喷涂流量为2scm,喷涂时间为0.5h;
46.s2、选用az4620光刻胶作为墨水2,使用喷墨打印设备3将墨水2滴在硅晶圆上,形成呈阵列分布的墨水液滴微球4;
47.s3、使墨水液滴微球4在100℃下进行烘干,烘干后得到胶球5,其中,墨水液滴微球4的体积记为v,曲率半径记为r,胶球5的胶球矢高记为h,胶球5的底部直径记为d,胶球5的接触角记为α,且它们之间满足如下关系:v=πh^2*(3r-h)/3,α=arcsin(d/2/r),
48.s4、以c3f8或(chf3对胶球5及半导体基底1表面进行刻蚀,且对胶球5以3um/min的刻蚀速度进行刻蚀,对半导体基底1以5um/min的刻蚀速度进行刻蚀,以在半导体基底1表面
形成有半球形的半导体微球6。
49.实施例3
50.本实施例提供的半导体微球的制备方法,如图1所示,包括如下步骤:
51.s1、选取横向尺寸为10英寸,厚度为1000μm的硅晶圆作为半导体基底1,并在硅晶圆上利用六甲基二硅氮烷于120℃的条件下进行表面疏水化处理0.8h,其中,六甲基二硅氮烷的喷涂流量为1scm,喷涂时间为0.8h;
52.s2、选用az4620光刻胶作为墨水2,使用喷墨打印设备3将墨水2滴在硅晶圆上,形成呈阵列分布的墨水液滴微球4;
53.s3、使墨水液滴微球4在75℃下进行烘干,烘干后得到胶球5,其中,墨水液滴微球4的体积记为v,曲率半径记为r,胶球5的胶球矢高记为h,胶球5的底部直径记为d,胶球5的接触角记为α,且它们之间满足如下关系:v=πh^2*(3r-h)/3,α=arcsin(d/2/r),
54.s4、以sf6对胶球5及半导体基底1表面进行刻蚀,且对胶球5以2um/min的刻蚀速度进行刻蚀,对半导体基底1以3um/min的刻蚀速度进行刻蚀,以在半导体基底1表面形成有半球形的半导体微球6。
55.对比例
56.本对比例提供的半导体微球的制备方法,如图2所示,包括如下步骤:
57.s1、选取横向尺寸为10英寸,厚度为1000μm的硅晶圆作为半导体基底1,并在硅晶圆上利用六甲基二硅氮烷于120℃的条件下进行表面疏水化处理0.8h,其中,六甲基二硅氮烷的喷涂流量为lscm,喷涂时间为0.8h;
58.s2、使用匀胶机,在半导体基底1表面均匀涂覆一层厚度为4um的az4620光刻胶7;
59.s3、使用光刻机,对涂覆光刻胶7的基底1进行曝光处理,曝光之后的基底1放入显影液中,半导体基底1上被uv光照射到的区域,光刻胶7在显影液中溶解,露出下面基材,半导体基底1上未照射uv光的区域,光刻胶7保留下来在半导体基底1表面形成胶柱8;
60.s4、通过加热回流的方式使胶柱8在热力学作用下形成胶球5;
61.s5、对胶球5及基半导体底1表面进行刻蚀,在半导体基底1表面形成有半球形的半导体微球6。
62.将实施例3和对比例的加工方法形成的半导体微球进行对比,对比结果如下:
[0063] 曲率半径roc直径conicrms实施例33330um400um023nm对比例3330um400um042nm
[0064]
注:rms指跟标准的roc 3300um,直径400um,conic为0的光滑球面做差,其差值的均方差为40nm,用来表征其与标准球面的偏移程度,如果做出来的片子roc或者conic偏移了,那与标准的球面的均方差就会越大。
[0065]
由上表可知,通过测试不同方法制备出的半导体微球,实施例的半导体微球与标准球面的均方差明显小于对比例,此方法可以显著改善半导体微球的质量。
[0066]
此外,本案发明人还参照前述实施例,以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验,并均获得了较为理想的结果。
[0067]
尽管已参考说明性实施例描述了本发明,但所属领域的技术人员将理解,在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外,可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此,本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例,而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外,除非具体陈述,否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性,而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。