阅读说明：本技术 一种光学镀膜半导体晶圆嫁接方法及光学镀膜半导体 (Optical coated semiconductor wafer grafting method and optical coated semiconductor ) 是由 葛文志 翁钦盛 王刚 陈银培 丁宇能 周洋 陈博 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种光学镀膜半导体晶圆嫁接方法及光学镀膜半导体,该方法通过将光刻胶涂布在半导体晶圆基板表面并在半导体晶圆基板的表面划分为透光区和遮光区,让然后采用光刻工艺在所述透光区刻画图案再进行光学薄膜的沉积,将高折射率或低折射率材料的光学薄膜膜层交错堆叠在所述透光区表面,使得所述透光区和所述遮光区交界处膜层厚度梯度变化,最后去除所述光刻胶即可。该方法获得的光学镀膜半导体在竖直方向上,IRC层的远离基板的边缘与涂胶背胶面的边缘不重叠,在保证其正常的电性能的前提下附加光学性能,附加的光学性能使产品精度大大提高,具有很高的推广价值。(The invention provides an optical coated semiconductor wafer grafting method and an optical coated semiconductor, wherein photoresist is coated on the surface of a semiconductor wafer substrate and is divided into a light transmitting area and a light shielding area on the surface of the semiconductor wafer substrate, then a photoetching process is adopted to draw patterns on the light transmitting area, then deposition of an optical film is carried out, optical film layers made of materials with high refractive index or low refractive index are stacked on the surface of the light transmitting area in a staggered mode, the thickness gradient of the film layer at the junction of the light transmitting area and the light shielding area is changed, and finally the photoresist is removed. The optical coated semiconductor obtained by the method has the advantages that in the vertical direction, the edge of the IRC layer far away from the substrate is not overlapped with the edge of the gluing back glue surface, the optical performance is added on the premise of ensuring the normal electrical performance of the optical coated semiconductor, the product precision is greatly improved due to the additional optical performance, and the popularization value is very high.)

一种光学镀膜半导体晶圆嫁接方法及光学镀膜半导体

技术领域

本发明涉及半导体晶圆芯片领域，尤其涉及一种光学镀膜半导体晶圆嫁接方法及光学镀膜半导体。

背景技术

目前市场上大多数电子产品都在使用单晶硅所制成的半导体芯片，其主要制作方法是在半导体晶圆片材上进行浸蚀，布线，制成能实现某种功能的半导体晶圆器件。生物识别器件作为新兴的产业正在高速发展，其所用芯片就是半导体芯片，半导体芯片利用自身的电性能实现了生物识别，但只是使用半导体芯片作为生物识别的芯片，普遍存在生物识别的识别度低的问题，影响使用效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明设计了一种光学镀膜半导体晶圆嫁接方法及光学镀膜半导体。本研发基于以上的背景将光学薄膜利用光刻的工艺与半导体晶圆结合，在原先的半导体晶圆上沉积光学薄膜，在保证其正常的电性能的前提下附加光学性能，从而达到提高产品精度目的。

本发明采用如下技术方案：一种光学镀膜半导体晶圆嫁接方法，其包括，(1)将光刻胶涂布在半导体晶圆基板表面；(2)将所述半导体晶圆基板的表面划分为透光区和遮光区；(3)用光刻胶将所述遮光区进行保护，采用光刻工艺在所述透光区刻画图案；(4)待光刻工艺完成后进行光学薄膜的沉积，将高折射率或低折射率材料的光学薄膜膜层交错堆叠在所述透光区表面，所述透光区和所述遮光区；交界处膜层厚度梯度变化；(5)去除所述光刻胶即可。

优选的，所述透光区和所述遮光区交界处1.5-3.5um范围区域膜层厚度梯度变化。

优选的，步骤(4)中，所述堆叠其为在所述透光区表面堆叠的第一层光学薄膜膜层为低折射率膜层，第二层光学薄膜膜层为高折射率膜层。

优选的，步骤(4)中，所述堆叠其为在所述透光区表面堆叠的第一层光学薄膜膜层为高折射率膜层，第二层光学薄膜膜层为低折射率膜层。

优选的，所述低折射率膜层的折射率为1.4-1.55，所述高折射率膜层的折射率为2-4.5。

优选的，步骤(4)中，所述堆叠其总层数为2-60层。

优选的，步骤(3)中，所述图案为正方形。

优选的，步骤(4)中，所述光学薄膜的最表面为二氧化硅。

作为本发明的另一方面，本发明提供一种光学镀膜半导体，其特征在于：竖直方向上，IRC层的远离基板的边缘与涂胶背胶面的边缘不重叠。

本发明的有益效果是：

本发明在半导体晶圆元件上沉积光学薄膜，在保证其正常的电性能的前提下附加光学性能，附加的光学性能使产品精度大大提高；

本发明相比传统的涂布方式生产工艺，还具有以下优势：

1、数量优势：以往涂布方式生产工艺，一次只能做一片，换成本发明方式可以增加产量，根据尺寸大小，镀膜设备的不同、数量有所变化，例如12寸产品一次可以镀12片；

2、厚度均匀性优势：以往涂布方式不够均匀，极差在80nm，均匀性不好，会影响光谱波形的变化影响产品的透过率。改用本发明方式，可以使膜层更加均匀，极差可以控制在5nm内。

3、效率优势：涂布由于油墨特性不能随意更改分光特性，而本发明镀膜曲线可以根据客户要求及时更改，时间安排效率更高。

附图说明

图1是本发明工艺加工产品的一种膜层结构示意图；

图2是本发明工艺加工产品的量产示意图；

图3是本发明工艺加工产品的光学薄膜膜层的显微扫描图；

图4是本发明工艺加工产品的序号2样品的测试可靠性图和其IRC以上的膜层厚度测量图；

图5是本发明工艺加工产品的光学薄膜膜层的数据跌落检测图；

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

本发明的操作设备：光刻机，镀膜机，曝光机，显影机。

成品检测方法：高温存储检测实验需要在125℃下存储1000h，每隔500h进行观察；低温存储检测实验需要在-40℃下存储500h，每隔250h进行观察；恒温恒湿检测实验需要在85℃/85％RH下存储1000h每隔500h进行观察；温度冲击检测实验需要在温度-40℃～85℃循环冲击，每30min为一循环，需完成1000次循环，每隔500次循环进行观察；PCT检测实验需要在121℃的温度下、100％RH的湿度下、2Mpa的压强下静置18h。

实施例1

如附图1所示，一种光学镀膜半导体晶圆嫁接技术工艺，其工艺步骤为：

1、选取12寸硅半导体晶圆；

2、将所述半导体晶圆基板的表面划分为透光区和遮光区；

3、利用旋涂工艺将光刻胶均匀的涂在半导体晶圆表面的遮光区,将不需要结合光学薄膜的遮光区域进行保护，涂胶时在遮光区和透光区的交界处会形成倒梯形或正梯形，在后续工艺中可以通过光刻机的涂胶显影即可准确区分透光区与遮光区。通过研究发现，遮光区和透光区的交界处形成的倒梯形或正梯形，梯形斜边越陡越好，若梯形的坡度过小(当坡形的高度与其宽度之比小于1：1.5即为过小)则会导致这部分区域出现数据跌落，影响识别效果。

4、利用光刻工艺在半导体晶圆的基板表面透光区做出对应的图案，图案形状规则，优选正方形，如图2可见实现光学薄膜层图案尺寸精度达到0.3um；

5、待光刻工艺完成后采用蒸镀工艺进行光学薄膜的沉积，将高折射率和低折射率材料的光学薄膜膜层交错堆叠在未被保护的半导体晶圆透光区表面，与半导体晶圆牢固结合；低折射率材料的膜层折射率为1.4-1.55，高折射率材料的膜层折射率为2-4.5，沉积的光学薄膜的膜层总层数为2-60层。

为了便于描述，在半导体晶圆基板上沉积光学薄膜后，第一层薄膜与半导体晶圆基板的接触面称为涂胶背胶面。

6、使用蚀刻工艺将遮光区域的光刻胶去除得到成品，如图3最上面的图，完成整个光学镀膜半导体晶圆嫁接。

步骤5中，半导体晶圆透光区表面上堆叠第一层光学薄膜膜层为低折射率材料的膜层，第二层光学薄膜膜层为高折射率材料的膜层，如此交错堆叠，沉积的光学薄膜要达到可见光透过红外光截止的效果；在步骤5中光学薄膜的最表面附有一层二氧化硅。低、高折射率材料的膜层的选材可以Ti₃O₅-SiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Ti₃O₅-SiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅。

以正方行为例，根据下表膜层方案利用上述步骤制备成品，具体如下：

得到成品后对成品依次进行高温存储、低温存储、恒温恒湿、温度冲击和PCT检测实验，观察成品是否脱膜、膜裂，判断得到最终合格成品。经测试，本发明方法良率为98％-98.78％，符合良率目标要求，恒温恒湿测试显示测试后样品表面存在脏污不易擦拭(见图4)，试验片拿去切片测脏污位置和无脏污位置的膜厚，发现脏污仅是在做可靠性的过程中附着上去的，产品本身的膜厚没有发生变化，也均未出现脱落、开裂、分层、发泡等异常，其余测试也结果样片均未出现脱落、开裂、分层、发泡等异常。

本申请在研究过程中发现，涂胶背胶面和第一膜层(如IRC层)之间存在L型边缘数据跌落的情况，涂胶时形成倒梯形或正梯形的坡度较大是这部分区域出现数据跌落的原因。经检测，序号1样品和序号2样品，涂胶时形成梯形的高度与其宽度之比分别为：1.45：1.65和1.5：1.55，接近1：1，保持了较好的胶形，基本不发生数据跌落情况，但只有当垂直方向上IRC层的远离基板的边缘与涂胶背胶面的边缘二者重叠时，才会出现严重的边缘跌落，导致产品检测异常(见图5)。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。