專利名稱：非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法。
背景技術(shù)：
剝離是微加工技術(shù)中常用的工藝，主要用于實現(xiàn)各種難腐蝕金屬的微細(xì)圖形化(如金、 鉑、鉭、超導(dǎo)材料等)。該工藝的主要步驟是首先在基片上旋涂光刻膠，曝光、顯影形成圖 形化的光刻膠，然后沉積金屬，最后去除光刻膠，此過程中光刻膠上沉積的金屬隨光刻膠一 起被剝離，而基片上沒有光刻膠的區(qū)域所沉積的金屬被保留，從而在基片上實現(xiàn)金屬圖形化。 至今剝離技術(shù)在平面結(jié)構(gòu)的金屬微細(xì)圖形化方面已得到廣泛應(yīng)用，然而，在微加工技術(shù)中常 常需要在非平面結(jié)構(gòu)表面實現(xiàn)金屬圖形化(比如微流體管道中加工電化學(xué)檢測微電極、視覺 假體中的三維凸起微電極等)，光刻膠在這種結(jié)構(gòu)上往往不能均勻的分布，顯影后光刻膠在一 些凹坑區(qū)域有殘留，從而制約了此項工藝的運(yùn)用。為此， 一些實驗室開發(fā)了諸如電沉積光刻
膠(請參見文獻(xiàn)Schnupp R., et al. "Electrodeposition of photoresist—optimization of deposition conditions, investigation of lithographic processes and chemical resistance" ， Sensors and Actuators A, 2000， 85:310-315.)、光刻膠噴涂(請參見文 獻(xiàn)Pham N. P. ， et al. "Direct spray coating of photoresist—a new method for patterning 3_D structures" ， In the 16th European Conference on Solid-State Transducers, S印teraber 15-18， 2002， Prague, Czech Republic)等技術(shù)來完成光刻膠的 均勻涂布。然而，這些方法要么需要特定的昂貴設(shè)備，要么光刻膠圖形化后所獲得圖形分辨 率不理想，因此如何有效去除非平面結(jié)構(gòu)中殘留的光刻膠實己成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決 的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，以有效去除非平面結(jié)構(gòu) 中殘留的光刻膠。
為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，其包 括步驟1)在一含有非平面結(jié)構(gòu)的基片表面形成上下兩金屬犧牲層，其中，下層金屬犧牲層 覆蓋所述基片的整個待金屬化表面，且使其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢高于上層金屬犧牲層的標(biāo)準(zhǔn)電極電
勢；2)通過旋涂光刻膠、曝光、顯影及濕法腐蝕以形成圖形化上層金屬犧牲層，并使所述圖 形化上層金屬犧牲層僅覆蓋所述基片的待金屬化非平面結(jié)構(gòu)的表面；3)在所述上層金屬犧牲 層上通過旋涂聚合物、曝光及顯影以形成聚合層；4)在所述聚合層上旋涂光刻膠、曝光及顯 影以形成剝離工藝中的圖形化光刻膠層；5)采用電化學(xué)陽極腐蝕所述上層金屬犧牲層以去除 附在其上的殘余光刻膠；6)去除所述下層金屬犧牲層，并在形成有圖形化光刻膠層的表面沉 積一金屬層，并采用剝離工藝去除所述圖形化光刻膠層以形成相應(yīng)的圖形化金屬層。
在步驟6)可包括步驟(1)采用濕法刻蝕去除所述下層金屬犧牲層；(2)在形成有圖形 化光刻膠層的表面沉積一金屬層；(3)采用剝離工藝去除已沉積有金屬的圖形化光刻膠層。
在步驟6)還可包括步驟(1)在形成有圖形化光刻膠層的表面沉積一金屬層；(2)采用 剝離工藝去除已沉積有金屬的圖形化光刻膠層；(3)以所述基片為模具在去除了所述圖形化 光刻膠層的表面澆注聚合物，并使其固化；(4)采用濕法或電化學(xué)腐蝕法去除所述下層金屬 犧牲層以形成反轉(zhuǎn)的非平面結(jié)構(gòu)表面金屬圖形化。
此外，較佳的，所述下層金屬犧牲層材料可為金、銅、鎳、鉻及鈦中的一種，相應(yīng)所述 上層金屬犧牲層材料能根據(jù)所述下層金屬犧牲層的材料在銅、鎳、鉻、鈦及鋁中予以選擇， 所述聚合物可為聚酰亞胺、聚對二甲苯或聚二甲基硅氧烷。
綜上所述，本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法通過在剝離工藝中運(yùn)用電化學(xué)釋 放犧牲層技術(shù)徹底去除非平面結(jié)構(gòu)中殘留的光刻膠，有效的完成光刻膠的圖形化，進(jìn)而保證 了剝離工藝在非平面結(jié)構(gòu)的有效運(yùn)用。


圖1為本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法在基片上形成上下兩金屬犧牲層的結(jié) 構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法所形成的圖形化上層金屬犧牲層的結(jié) 構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法剝離前凹坑中殘留光刻膠的示意圖。 圖4為本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法采用電化學(xué)法去除上層金屬犧牲層的 結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法所形成的金屬電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法固化金屬電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法去除下層金屬犧牲層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例一
以下將以本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法用于制作柔性凸起微電極為例進(jìn)一
步說明本發(fā)明的具體特點。
請參閱圖1至圖7，本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，其主要包括以下步驟
1) 清洗〈100〉晶向硅片，氧化形成厚l微米的氧化層。
2) 在所述硅片上旋涂6809光刻膠(3000轉(zhuǎn)/分鐘，30秒)，8(TC前烘20分鐘，曝光， 顯影，120。C后烘30分鐘。氫氟酸的緩沖溶液(BOE， HF:NH4F:DI=3:6:9)浸泡硅片10 分鐘，轉(zhuǎn)移圖形至二氧化硅層。
3) 所述硅片再浸入丙酮中超聲處理，去除硅片上的光刻膠，然后乙醇清洗，并用氮?dú)獯?干。
4) 硅片置于50 wt. X的KOH溶液中，濕法刻蝕硅片(5(TC， 6小時)，形成深度約54微 米的凹坑。
5) 去離子水清洗硅片，氫氟酸的緩沖溶液(BOE， HF:NH4F:DI=3:6:9)去除硅片上的二氧 化硅層以形成含有非平面結(jié)構(gòu)的硅基片。
6) 如圖1所示，在所述硅基片上依次蒸發(fā)沉積一層金屬鉻(厚0.5微米)和一層金屬鋁
(厚0.5微米)以形成上下兩金屬犧牲層，其中，下層金屬犧牲層覆蓋所述基片的整 個待金屬化表面，且其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢高于所述上層金屬犧牲層的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，此外， 由于金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢排列順序是金(Au) >銅(Cu)〉鎳(Ni)〉鉻(Cr)〉鈦(Ti) 〉鋁(Al)，所以所述下層金屬犧牲層材料還可為銅、鎳、絡(luò)及鈦中的一種，相應(yīng)所述 上層金屬犧牲層材料能根據(jù)所述下層金屬犧牲層的材料在銅、鎳、鉻、鈦及鋁中予以 選擇，例如當(dāng)下層金屬犧牲層材料為銅時，所述上層金屬犧牲層材料可為鎳、鉻、鈦 或鋁。
7) 如圖2所示，在所述上層金屬犧牲層旋涂光刻膠AZ4620 (3000轉(zhuǎn)/分鐘，30秒)，80 。C前烘20分鐘，曝光，顯影，13(TC后烘30分鐘，然后將所形成的硅基片浸入10%的 磷酸溶液中，濕法腐蝕所述上層金屬犧牲層以形成圖形化上層金屬犧牲層，并使剩余 未被腐蝕的上層金屬犧牲層僅覆蓋所述基片的待金屬化非平面結(jié)構(gòu)的表面，再將所述 硅基片浸入丙酮中超聲處理，去除硅基片上的光刻膠，然后乙醇清洗，并用氮?dú)獯蹈?br> 以形成圖形化上層金屬犧牲層。
8) 在所述上層金屬犧牲層上通過旋涂聚合物，例如光敏性聚酰亞胺Durimide 7510 (3000 轉(zhuǎn)/分鐘，30秒)，11(TC前烘5分鐘，曝光，顯影，35(TC氮?dú)猸h(huán)境中固化以形成聚合 層，此外，旋涂的聚合物也可采用聚對二甲苯或聚二甲基硅氧烷。
9) 如圖3所示，在所述聚合層上旋涂光刻膠AZ4620 (3000轉(zhuǎn)/分鐘，30秒)，8(TC前烘 20分鐘，曝光，顯影以形成剝離工藝中的圖形化光刻膠層。
10) 如圖4所示，將所形成的硅基片置于2(mNaCl溶液中，并通過在所述下層金屬犧 牲層上施加0.75V的電壓，采用鉑對電極，電化學(xué)腐蝕所述上層金屬犧牲層(12小時) 以去除附在其上的殘余光刻膠。
11) 在形成有圖形化光刻膠層的表面濺射金屬鈦/鉑以沉積一金屬層，此外，也可根據(jù) 實際設(shè)計需要沉積其它金屬，例如金、銀、銅等。
12) 如圖5所示，采用剝離(Lift-off)工藝去除已沉積有金屬的圖形化光刻膠層以 形成相應(yīng)的金屬電極。
13) 如圖6所示，以所形成的硅基片為模具在去除了所述圖形化光刻膠層的表面澆注 聚合物例如聚酰亞胺Durimide 7510，在澆注時采用抽真空技術(shù)以加速聚酰亞胺進(jìn)入凹 坑，甩膠(3000轉(zhuǎn)/分鐘，30秒)，11(TC前烘5分鐘，曝光、顯影，制作焊點對應(yīng)的 窗口圖案，35(TC氮?dú)猸h(huán)境中固化聚酰亞胺，此外，澆注的聚合物也可采用聚對二甲苯 或聚二甲基硅氧垸。
14) 如圖7所示，可采用濕法或電化學(xué)腐蝕法去除所述下層金屬犧牲層以形成反轉(zhuǎn)的 非平面結(jié)構(gòu)表面金屬圖形化，例如將所形成的硅基片浸入鉻腐蝕溶液((NH4)2Ce (N03)6 : CH3C00H : DI = 5:1:25)中，腐蝕鉻犧牲層，釋放聚合物柔性電極。
實施例二
本實施例與實施例一不同僅在于去除所述下層金屬犧牲層及形成金屬層的操作步驟上稍 有不同，即當(dāng)采用電化學(xué)腐蝕法去除上層金屬犧牲層后，先采用濕法刻蝕去除所述下層金屬 犧牲層，接著再在形成有圖形化光刻膠層的表面沉積一金屬層，最后采用剝離工藝去除已沉 積有金屬的圖形化光刻膠層以形成相應(yīng)的圖形化金屬層，從而完成非平面結(jié)構(gòu)表面金屬圖形 化，由于具體操作已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉，故不再詳述。
綜上所述，本發(fā)明的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法通過在剝離工藝中運(yùn)用電化學(xué)釋 放犧牲層技術(shù)徹底去除非平面結(jié)構(gòu)中殘留的光刻膠，有效的完成光刻膠的圖形化，進(jìn)而保證
了剝離工藝在非平面結(jié)構(gòu)的有效運(yùn)用，拓寬了 Lift-0ff工藝的應(yīng)用范圍。
權(quán)利要求
1.一種非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，其特征在于包括步驟1)在一含有非平面結(jié)構(gòu)的基片表面形成上下兩金屬犧牲層，其中，下層金屬犧牲層覆蓋所述基片的整個待金屬化表面，且使其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢高于上層金屬犧牲層的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢；2)通過旋涂光刻膠、曝光、顯影及濕法腐蝕以形成圖形化上層金屬犧牲層，并使所述圖形化上層金屬犧牲層僅覆蓋所述基片的待金屬化非平面結(jié)構(gòu)的表面；3)在所述上層金屬犧牲層上通過旋涂聚合物、曝光及顯影以形成聚合層；4)在所述聚合層上旋涂光刻膠、曝光及顯影以形成剝離工藝中的圖形化光刻膠層；5)采用電化學(xué)陽極腐蝕所述上層金屬犧牲層以去除附在其上的殘余光刻膠；6)去除所述下層金屬犧牲層，并在形成有圖形化光刻膠層的表面沉積一金屬層，并采用剝離工藝去除所述圖形化光刻膠層以形成相應(yīng)的圖形化金屬層。
2. 如權(quán)利要求l所述的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，其特征在于所述步驟6) 進(jìn)一步包括步驟(1) 采用濕法刻蝕去除所述下層金屬犧牲層；(2) 在形成有圖形化光刻膠層的表面沉積一金屬層(3) 采用剝離工藝去除已沉積有金屬的圖形化光刻膠層。
3. 如權(quán)利要求l所述的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，其特征在于所述步驟6) 進(jìn)一步包括步驟(1) 在形成有圖形化光刻膠層的表面沉積一金屬層-(2) 采用剝離工藝去除己沉積有金屬的圖形化光刻膠層；(3) 以所述基片為模具在去除了所述圖形化光刻膠層的表面澆注聚合物，并使其固化；(4) 采用濕法或電化學(xué)腐蝕法去除所述下層金屬犧牲層以形成反轉(zhuǎn)的非平面結(jié)構(gòu)表面金屬圖形化。
4. 如權(quán)利要求l所述的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，其特征在于所述下層金屬犧牲層材料為金、銅、鎳、鉻及鈦中的一種。
5. 如權(quán)利要求4所述的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，其特征在于所述上層金屬犧牲層材料能根據(jù)所述下層金屬犧牲層的材料在銅、鎳、鉻、鈦及鋁中予以選擇。
6. 如權(quán)利要求l所述的非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，其特征在于所述聚合物為 聚酰亞胺、聚對二甲苯及聚二甲基硅氧垸中的一種。
全文摘要
一種非平面表面金屬微細(xì)圖形化的方法，首先在一含有非平面結(jié)構(gòu)的基片表面形成上下兩金屬犧牲層，并使下層金屬犧牲層的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢高于上層金屬犧牲層的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，然后通過旋涂光刻膠及濕法腐蝕等以形成圖形化上層金屬犧牲層，并使圖形化上層金屬犧牲層僅覆蓋基片的待金屬化非平面結(jié)構(gòu)的表面，接著在上層金屬犧牲層上通過旋涂聚合物等以形成聚合層，并在所述聚合層上旋涂光刻膠等以形成剝離工藝中的圖形化光刻膠層，然后采用電化學(xué)陽極腐蝕上層金屬犧牲層以去除附在其上的殘余光刻膠，最后去除下層金屬犧牲層，并在具有光刻膠層的表面沉積一的金屬層，再采用剝離工藝去除光刻膠層以形成圖形化金屬層，如此可實現(xiàn)非平面結(jié)構(gòu)中殘留的光刻膠的有效去除。
文檔編號H01L21/321GK101110355SQ20071004510
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者周洪波, 源 姚, 孫曉娜, 剛 李, 趙建龍 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所