CN101676797B - 采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，该方法是利用电子束光刻在压电衬底上获得叉指换能器的电子抗蚀剂凹立图形，然后再用剥离工艺制作各种声表面波器件。具体步骤包括：在压电衬底上涂敷电子抗蚀剂；前烘；生长对电子束曝光背散射小的金属材料；电子束直写曝光；去除金属层；显影；定影；生长叉指电极金属；剥离。采用这种方法制作的叉指电极的边缘陡直，宽度控制好，可用于制作特征线宽在500nm以下各种声表面波器件。这种方法具有工艺步骤少、简单、稳定可靠的优点。
Description
技术领域
本发明属于微电子学与声表面波器件中的微纳加工技术领域，特别涉及一种采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，即具有纳米尺度叉指换能器电极的制作方法。
背景技术
根据声表面波传输性质，对于常见的压电介质，当工作中心频率达到1GHz时，叉指电极将小于1微米。随着移动通信系统的工作频率向2GHz以上攀升，以及微传感技术的发展，声表面波器件正向高频率、高性能的方向发展，这就对声表面波器件的制作提出挑战，要求叉指电极宽度和间距必须越来越小，精度越来越高，甚至达到百纳米左右才能满足移动通信市场和传感技术快速发展的要求。
传统的光学光刻对密集图形在500nm以下难以得到好的效果，因此采用分辨率更高的电子束直写曝光技术可以解决密集细线条图形的转移问题。
而声表面波器件采用压电衬底材料，这些衬底不导电，由于电荷积聚效应，电子束直写曝光须有导电层。若先在不导电的压电基片上沉积电极材料，然后再进行电子束光刻和电极材料刻蚀，用干法刻蚀可以得到好的电极形状，但对衬底表面有损伤，器件性能恶化，而采用湿法腐蚀，难以控制电极形状且不稳定。
为此，我们引入一对电子束背散射小的导电牺牲层，既可解决在绝缘压电衬底上电子束直写曝光的问题，又可以通过剥离工艺保护衬底表面，控制电极形状。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，以解决在绝缘压电衬底上进行电子束直写曝光的问题，并保护衬底表面，控制电极形状。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，该方法是利用电子束光刻在压电衬底上获得叉指换能器的电子抗蚀剂凹立图形，然后再用剥离工艺制作各种声表面波器件，该方法具体包括：
1)、在压电衬底上涂敷电子抗蚀剂；
2)、对电子抗蚀剂进行前烘；
3)、在电子抗蚀剂上生长导电层；
4)、对电子抗蚀剂进行电子束直写曝光；
5)、去除导电层；
6)、显影，去除曝光区域的电子抗蚀剂；
7)、定影；
8)、生长叉指电极金属；
9)、剥离，将电极图形从电子抗蚀剂上转移到压电衬底上。
上述方案中，步骤1)中所述压电衬底为平整、洁净的压电单晶衬底或压电薄膜衬底。
上述方案中，所述压电单晶衬底为石英、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7或La3Ga5SiO14，所述压电薄膜衬底为ZnO、AlN或GaN。
上述方案中，步骤1)中所述的电子抗蚀剂为ZEP520正性抗蚀剂、PMMA正性抗蚀剂、SAL601负性抗蚀剂、HSQ负性抗蚀剂或Calixarene负性抗蚀剂。
上述方案中，步骤3)中所述导电层采用对电子束曝光背散射小的金
属材料Al、Ti或Cr，厚度为10nm至20nm。
上述方案中，步骤3)中所述生长导电层采用高温蒸发或溅射方式。
上述方案中，步骤4)中所述电子束直写曝光采用JEOL JBX-5000LS电子束光刻系统，加速电压为50KeV，电子束流小于500pA。
上述方案中，步骤8)中所述叉指电极金属采用金属材料Al、Cu、Ti、Cr、Au、Ag或Pt。
上述方案中，步骤8)中所述叉指电极金属生长采用高温蒸发、电子束蒸发、射频溅射或磁控溅射。
上述方案中，步骤9)中所述剥离采用去电子抗蚀剂液，对于ZEP520A正性抗蚀剂，采用丁酮MEK或甲基丙烯酸甲脂MMA，对于PMMA正性抗蚀剂，采用四氢呋喃或二甲基甲酰胺DMF。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，制作的叉指电极边缘陡直，宽度控制好，可用于制作特征线宽在500nm以下各种声表面波器件。
2、本发明提供的这种采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，具有工艺步骤少、简单、稳定可靠的优点。
附图说明
图1是本发明提供的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法流程图；
图2至图6是本发明采用电子束直写曝光制作声表面波器件的工艺流程图；
图7至图11是依照本发明实施例制作声表面波器件的工艺流程图；
图12和图13分别是根据图7至图11所示的具体实施例流程在ST切石英衬底上制作的ZEP520A电子抗蚀剂叉指换能器的掩模及相应的间距为400nm的叉指电极的显微镜表面照片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明采用电子束光刻技术，它是一种有效的纳米加工手段，具有纳米级的分辨率。本发明主要利用电子束直写曝光，在压电衬底上形成间距小于500nm的叉指换能器的电子抗蚀剂凹立电极图形，再经生长金属和剥离即可制作出声表面波器件。
如图1所示，图1是本发明提供的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法流程图，该方法具体包括以下步骤：
1)、在压电衬底上涂敷电子抗蚀剂；
2)、对电子抗蚀剂进行前烘；
3)、在电子抗蚀剂上生长导电层；
4)、对电子抗蚀剂进行电子束直写曝光；
5)、去除导电层；
6)、显影，去除曝光区域的电子抗蚀剂；
7)、定影；
8)、生长叉指电极金属；
9)、剥离，将电极图形从电子抗蚀剂上转移到压电衬底上。
基于图1所示的本发明提供的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法流程图，图2至图6示出了本发明采用电子束直写曝光制作声表面波器件的工艺流程图。
如图2所示，在平整、洁净的压电单晶如石英、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7、La3Ga5SiO14，或压电薄膜如ZnO、AlN、GaN等衬底上用匀胶机涂敷高分辨电子抗蚀剂(可采用正性电子抗蚀剂ZEP520、PMMA等，也可采用负性电子抗蚀剂SAL601、HSQ、Calixarene等)。然后对上述涂敷好的电子抗蚀剂采用烘箱或热板进行一定时间和一定温度的前烘。
如图3所示，在电子抗蚀剂上采用高温蒸发、溅射等方法生长对电子束曝光背散射小的导电层，如Al、Ti、Cr等金属材料。
如图4所示，对电子抗蚀剂的区域电子束直写曝光(正性电子抗蚀剂为图形区曝光，负性电子抗蚀剂为非图形区曝光)。电子束曝光可采用JEOL公司生产的JBX-5000LS电子束光刻系统，其加速电压为50KeV，电子束流小于500pA。曝光后首先去除电子抗蚀剂上的导电牺牲层，然后对曝光过的电子抗蚀剂进行显影和定影，去除未曝光区域的电子抗蚀剂，形成用于剥离的抗蚀剂掩模。通过工艺控制，确定叉指电极区域的宽度和形状。
如图5所示，利用显影后的电子抗蚀剂作为掩模，根据设计需要蒸发叉指电极金属Al、Au、Ag、Pt、Cu、Ti、Cr等。
如图6所示，采用专用去电子抗蚀剂液剥离，完成在衬底上的叉指电极的制作。
下面以使用ST切石英衬底、ZEP520A正性电子抗蚀剂为例，结合附图进一步说明本发明的详细工艺方法和步骤，其中：
如图7所示，采用ST切石英衬底，在该压电衬底上用匀胶机涂敷ZEP520A正性电子抗蚀剂，涂敷转速为3000rpm，涂敷时间为60秒。然后用烘箱在180℃下前烘40分钟。
如图8所示，在上述ST切石英衬底匀胶后，采用高温蒸发方法蒸20nm的Al作为电子束曝光的导电牺牲层。
如图9所示，对ZEP520电子抗蚀剂的区域进行电子束直写曝光。电子束曝光采用JEOL公司生产的JBX-5000LS电子束光刻系统，其加速电压为50KeV，电子束流为500pA，曝光剂量为120μC/cm2。然后用MFCD-26去处ZEP520A电子抗蚀剂上的Al，用ZEP-RD显影液显影40秒，将曝光区域的电子抗蚀剂溶掉，并立即用IPA定影，形成用于剥离的抗蚀剂掩模。图11是在ST切石英衬底上制作的ZEP520电子抗蚀剂掩模的显微镜表面照片，图中叉指电极图形的最小间距为400nm。
如图10所示，在电子抗蚀剂掩模上电子束蒸发2nm的Cr和40nmAu(其中Cr主要增加石英与Au叉指电极的粘附性)。
如图11所示，将蒸过金属的抗蚀剂掩模放于MEK中剥离，加热80℃约30分钟，浸泡一段时间后用乙醇、水清洗，完成叉指电极的制备。图13是根据图7至图11所示的具体实施例流程在ST切石英衬底上制作的叉指电极的显微镜表面照片，图中叉指电极的最小线宽为400nm。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，该方法是利用电子束光刻在压电衬底上获得叉指换能器的电子抗蚀剂凹立图形，然后再用剥离工艺制作各种声表面波器件，该方法具体包括：
1)、在压电衬底上涂敷电子抗蚀剂；
2)、对电子抗蚀剂进行前烘；
3)、在电子抗蚀剂上生长导电层；
4)、对电子抗蚀剂进行电子束直写曝光；
5)、去除导电层；
6)、显影，去除曝光区域的电子抗蚀剂；
7)、定影；
8)、生长叉指电极金属；
9)、剥离，将电极图形从电子抗蚀剂上转移到压电衬底上。
2.根据权利要求1所述的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，步骤1)中所述压电衬底为平整、洁净的压电单晶衬底或压电薄膜衬底。
3.根据权利要求2所述的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，所述压电单晶衬底为石英、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7或La3Ga5SiO14，所述压电薄膜衬底为ZnO、AlN或GaN。
4.根据权利要求1所述的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，步骤1)中所述的电子抗蚀剂为ZEP520正性抗蚀剂、PMMA正性抗蚀剂、SAL601负性抗蚀剂、HSQ负性抗蚀剂或Calixarene负性抗蚀剂。
5.根据权利要求1所述的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，步骤3)中所述导电层采用对电子束曝光背散射小的金属材料Al、Ti或Cr，厚度为10nm至20nm。
6.根据权利要求1所述的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，步骤3)中所述生长导电层采用高温蒸发或溅射方式。
7.根据权利要求1所述的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，步骤4)中所述电子束直写曝光采用JEOL JBX-5000LS电子束光刻系统，加速电压为50KeV，电子束流小于500pA。
8.根据权利要求1所述的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，步骤8)中所述叉指电极金属采用金属材料Al、Cu、Ti、Cr、Au、Ag或Pt。
9.根据权利要求1所述的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，步骤8)中所述叉指电极金属生长采用高温蒸发、电子束蒸发、射频溅射或磁控溅射。
10.根据权利要求1所述的采用电子束直写曝光制作声表面波器件的方法，其特征在于，步骤9)中所述剥离采用去电子抗蚀剂液，对于ZEP520A正性抗蚀剂，采用丁酮MEK或甲基丙烯酸甲脂MMA，对于PMMA正性抗蚀剂，采用四氢呋喃或二甲基甲酰胺DMF。
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| GR01 | Patent grant |