CN100505159C

CN100505159C - 非平面表面金属微细图形化的方法

Info

Publication number: CN100505159C
Application number: CNB2007100451078A
Authority: CN
Inventors: 李刚; 周洪波; 孙晓娜; 姚源; 赵建龙
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2027-08-21
Also published as: CN101110355A

Abstract

一种非平面表面金属微细图形化的方法，首先在一含有非平面结构的基片表面形成上下两金属牺牲层，并使下层金属牺牲层的标准电极电势高于上层金属牺牲层的标准电极电势，然后通过旋涂光刻胶及湿法腐蚀等以形成图形化上层金属牺牲层，并使图形化上层金属牺牲层仅覆盖基片的待金属化非平面结构的表面，接着在上层金属牺牲层上通过旋涂聚合物等以形成聚合层，并在所述聚合层上旋涂光刻胶等以形成剥离工艺中的图形化光刻胶层，然后采用电化学阳极腐蚀上层金属牺牲层以去除附在其上的残余光刻胶，最后去除下层金属牺牲层，并在具有光刻胶层的表面沉积一的金属层，再采用剥离工艺去除光刻胶层以形成图形化金属层，如此可实现非平面结构中残留的光刻胶的有效去除。

Description

非平面表面金属微细图形化的方法

技术领域

本发明涉及一种非平面表面金属微细图形化的方法。

背景技术

剥离是微加工技术中常用的工艺，主要用于实现各种难腐蚀金属的微细图形化(如金、铂、钽、超导材料等)。该工艺的主要步骤是：首先在基片上旋涂光刻胶，曝光、显影形成图形化的光刻胶，然后沉积金属，最后去除光刻胶，此过程中光刻胶上沉积的金属随光刻胶一起被剥离，而基片上没有光刻胶的区域所沉积的金属被保留，从而在基片上实现金属图形化。至今剥离技术在平面结构的金属微细图形化方面已得到广泛应用，然而，在微加工技术中常常需要在非平面结构表面实现金属图形化(比如微流体管道中加工电化学检测微电极、视觉假体中的三维凸起微电极等)，光刻胶在这种结构上往往不能均匀的分布，显影后光刻胶在一些凹坑区域有残留，从而制约了此项工艺的运用。为此，一些实验室开发了诸如电沉积光刻胶(请参见文献：Schnupp R.，et al.“Electrodeposition of photoresist—optimizationof deposition conditions，investigation of lithographic processes and chemicalresistance”，Sensors and Actuators A，2000，85：310-315.)、光刻胶喷涂(请参见文献：Pham N.P.，et al.“Direct spray coating of photoresist—a new method forpatterning 3-D structures”，In the 16th European Conference on Solid-StateTransducers，September 15-18，2002，Prague，Czech Republic)等技术来完成光刻胶的均匀涂布。然而，这些方法要么需要特定的昂贵设备，要么光刻胶图形化后所获得图形分辨率不理想，因此如何有效去除非平面结构中残留的光刻胶实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非平面表面金属微细图形化的方法，以有效去除非平面结构中残留的光刻胶。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的非平面表面金属微细图形化的方法，其包括步骤：1)在一含有非平面结构的基片表面形成上下两金属牺牲层，其中，下层金属牺牲层覆盖所述基片的整个待金属化表面，且使其标准电极电势高于上层金属牺牲层的标准电极电势；2)通过旋涂光刻胶、曝光、显影及湿法腐蚀以形成图形化上层金属牺牲层，并使所述图形化上层金属牺牲层仅覆盖所述基片的待金属化非平面结构的表面；3)在所述上层金属牺牲层上通过旋涂聚合物、曝光及显影以形成聚合层；4)在所述聚合层上旋涂光刻胶、曝光及显影以形成剥离工艺中的图形化光刻胶层；5)采用电化学阳极腐蚀所述上层金属牺牲层以去除附在其上的残余光刻胶；6)去除所述下层金属牺牲层，并在形成有图形化光刻胶层的表面沉积一金属层，并采用剥离工艺去除所述图形化光刻胶层以形成相应的图形化金属层。

在步骤6)可包括步骤：(1)采用湿法刻蚀去除所述下层金属牺牲层；(2)在形成有图形化光刻胶层的表面沉积一金属层；(3)采用剥离工艺去除已沉积有金属的图形化光刻胶层。

在步骤6)还可包括步骤：(1)在形成有图形化光刻胶层的表面沉积一金属层；(2)采用剥离工艺去除已沉积有金属的图形化光刻胶层；(3)以所述基片为模具在去除了所述图形化光刻胶层的表面浇注聚合物，并使其固化；(4)采用湿法或电化学腐蚀法去除所述下层金属牺牲层以形成反转的非平面结构表面金属图形化。

此外，较佳的，所述下层金属牺牲层材料可为金、铜、镍、铬及钛中的一种，相应所述上层金属牺牲层材料能根据所述下层金属牺牲层的材料在铜、镍、铬、钛及铝中予以选择，所述聚合物可为聚酰亚胺、聚对二甲苯或聚二甲基硅氧烷。

综上所述，本发明的非平面表面金属微细图形化的方法通过在剥离工艺中运用电化学释放牺牲层技术彻底去除非平面结构中残留的光刻胶，有效的完成光刻胶的图形化，进而保证了剥离工艺在非平面结构的有效运用。

附图说明

图1为本发明的非平面表面金属微细图形化的方法在基片上形成上下两金属牺牲层的结构示意图。

图2为本发明的非平面表面金属微细图形化的方法所形成的图形化上层金属牺牲层的结构示意图。

图3为本发明的非平面表面金属微细图形化的方法剥离前凹坑中残留光刻胶的示意图。

图4为本发明的非平面表面金属微细图形化的方法采用电化学法去除上层金属牺牲层的结构示意图。

图5为本发明的非平面表面金属微细图形化的方法所形成的金属电极的结构示意图。

图6为本发明的非平面表面金属微细图形化的方法固化金属电极的结构示意图。

图7为本发明的非平面表面金属微细图形化的方法去除下层金属牺牲层的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

以下将以本发明的非平面表面金属微细图形化的方法用于制作柔性凸起微电极为例进一步说明本发明的具体特点。

请参阅图1至图7，本发明的非平面表面金属微细图形化的方法，其主要包括以下步骤：

1)清洗<100>晶向硅片，氧化形成厚1微米的氧化层。

2)在所述硅片上旋涂6809光刻胶(3000转/分钟，30秒)，80℃前烘20分钟，曝光，显影，120℃后烘30分钟。氢氟酸的缓冲溶液(BOE，HF:NH4F:DI＝3:6:9)浸泡硅片10分钟，转移图形至二氧化硅层。

3)所述硅片再浸入丙酮中超声处理，去除硅片上的光刻胶，然后乙醇清洗，并用氮气吹干。

4)硅片置于50wt.％的KOH溶液中，湿法刻蚀硅片(50℃，6小时)，形成深度约54微米的凹坑。

5)去离子水清洗硅片，氢氟酸的缓冲溶液(BOE，HF:NH₄F:DI＝3:6:9)去除硅片上的二氧化硅层以形成含有非平面结构的硅基片。

6)如图1所示，在所述硅基片上依次蒸发沉积一层金属铬(厚0.5微米)和一层金属铝(厚0.5微米)以形成上下两金属牺牲层，其中，下层金属牺牲层覆盖所述基片的整个待金属化表面，且其标准电极电势高于所述上层金属牺牲层的标准电极电势，此外，由于金属的标准电极电势排列顺序是：金(Au)>铜(Cu)>镍(Ni)>铬(Cr)>钛(Ti)>铝(Al)，所以所述下层金属牺牲层材料还可为铜、镍、铬及钛中的一种，相应所述上层金属牺牲层材料能根据所述下层金属牺牲层的材料在铜、镍、铬、钛及铝中予以选择，例如当下层金属牺牲层材料为铜时，所述上层金属牺牲层材料可为镍、铬、钛或铝。

7)如图2所示，在所述上层金属牺牲层旋涂光刻胶AZ4620(3000转/分钟，30秒)，80℃前烘20分钟，曝光，显影，130℃后烘30分钟，然后将所形成的硅基片浸入10％的磷酸溶液中，湿法腐蚀所述上层金属牺牲层以形成图形化上层金属牺牲层，并使剩余未被腐蚀的上层金属牺牲层仅覆盖所述基片的待金属化非平面结构的表面，再将所述硅基片浸入丙酮中超声处理，去除硅基片上的光刻胶，然后乙醇清洗，并用氮气吹干以形成图形化上层金属牺牲层。

8)在所述上层金属牺牲层上通过旋涂聚合物，例如光敏性聚酰亚胺Durimide 7510(3000转/分钟，30秒)，110℃前烘5分钟，曝光，显影，350℃氮气环境中固化以形成聚合层，此外，旋涂的聚合物也可采用聚对二甲苯或聚二甲基硅氧烷。

9)如图3所示，在所述聚合层上旋涂光刻胶AZ4620(3000转/分钟，30秒)，80℃前烘20分钟，曝光，显影以形成剥离工艺中的图形化光刻胶层。

10)如图4所示，将所形成的硅基片置于20％NaCl溶液中，并通过在所述下层金属牺牲层上施加0.75V的电压，采用铂对电极，电化学腐蚀所述上层金属牺牲层(12小时)以去除附在其上的残余光刻胶。

11)在形成有图形化光刻胶层的表面溅射金属钛/铂以沉积一金属层，此外，也可根据实际设计需要沉积其它金属，例如金、银、铜等。

12)如图5所示，采用剥离(Lift-off)工艺去除已沉积有金属的图形化光刻胶层以形成相应的金属电极。

13)如图6所示，以所形成的硅基片为模具在去除了所述图形化光刻胶层的表面浇注聚合物例如聚酰亚胺Durimide 7510，在浇注时采用抽真空技术以加速聚酰亚胺进入凹坑，甩胶(3000转/分钟，30秒)，110℃前烘5分钟，曝光、显影，制作焊点对应的窗口图案，350℃氮气环境中固化聚酰亚胺，此外，浇注的聚合物也可采用聚对二甲苯或聚二甲基硅氧烷。

14)如图7所示，可采用湿法或电化学腐蚀法去除所述下层金属牺牲层以形成反转的非平面结构表面金属图形化，例如将所形成的硅基片浸入铬腐蚀溶液((NH₄)₂Ce(NO₃)₆:CH₃COOH:DI＝5:1:25)中，腐蚀铬牺牲层，释放聚合物柔性电极。

实施例二：

本实施例与实施例一不同仅在于去除所述下层金属牺牲层及形成金属层的操作步骤上稍有不同，即当采用电化学腐蚀法去除上层金属牺牲层后，先采用湿法刻蚀去除所述下层金属牺牲层，接着再在形成有图形化光刻胶层的表面沉积一金属层，最后采用剥离工艺去除已沉积有金属的图形化光刻胶层以形成相应的图形化金属层，从而完成非平面结构表面金属图形化，由于具体操作已为本领域技术人员所熟悉，故不再详述。

综上所述，本发明的非平面表面金属微细图形化的方法通过在剥离工艺中运用电化学释放牺牲层技术彻底去除非平面结构中残留的光刻胶，有效的完成光刻胶的图形化，进而保证了剥离工艺在非平面结构的有效运用，拓宽了Lift-Off工艺的应用范围。

Claims

1.一种非平面表面金属微细图形化的方法，其特征在于包括步骤：

1)在一含有非平面结构的基片表面形成上下两金属牺牲层，其中，下层金属牺牲层覆盖所述基片的整个待金属化表面，且使其标准电极电势高于上层金属牺牲层的标准电极电势；

2)通过旋涂光刻胶、曝光、显影及湿法腐蚀以形成图形化上层金属牺牲层，并使所述图形化上层金属牺牲层仅覆盖所述基片的待金属化非平面结构的表面；

3)在所述上层金属牺牲层上通过旋涂聚合物、曝光及显影以形成聚合层；

4)在所述聚合层上旋涂光刻胶、曝光及显影以形成剥离工艺中的图形化光刻胶层；

5)采用电化学阳极腐蚀所述上层金属牺牲层以去除附在其上的残余光刻胶；

6)去除所述下层金属牺牲层，并在形成有图形化光刻胶层的表面沉积一金属层，并采用剥离工艺去除所述图形化光刻胶层以形成相应的图形化金属层。

2.如权利要求1所述的非平面表面金属微细图形化的方法，其特征在于：所述步骤6)进一步包括步骤：

(1)采用湿法刻蚀去除所述下层金属牺牲层；

(2)在形成有图形化光刻胶层的表面沉积一金属层；

(3)采用剥离工艺去除已沉积有金属的图形化光刻胶层。

3.如权利要求1所述的非平面表面金属微细图形化的方法，其特征在于：所述下层金属牺牲层材料为金、铜、镍、铬及钛中的一种。

4.如权利要求3所述的非平面表面金属微细图形化的方法，其特征在于：所述上层金属牺牲层材料能根据所述下层金属牺牲层的材料在铜、镍、铬、钛及铝中予以选择。

5.如权利要求1所述的非平面表面金属微细图形化的方法，其特征在于：所述聚合物为聚酰亚胺、聚对二甲苯及聚二甲基硅氧烷中的一种。