CN108100990B - 一种三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了RF MEMS器件制造领域的一种三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备方法，主要包括下层光刻胶的制备、生长阻挡层、上层光刻胶的制备、Cu层的刻蚀和热处理5个步骤。此方法通过Cu阻挡层的引入，避免了两层光刻胶之间互溶的问题，制备的牺牲层具有释放简单、凸点高度控制精准、设备依赖度低、可制作复杂图形等特点。

Description

一种三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备方法
技术领域
本发明涉及RF MEMS器件制造领域，特别涉及一种RF MEMS器件光刻胶牺牲层的制备方法。
背景技术
RF MEMS器件具有体积小、功耗低、隔离度高、损耗低等优点，在通讯、航天、生物医学领域有广泛的应用前景。在MEMS制造中，常会用到牺牲层技术，即在下层电路生长一层填充层，再在填充层上加工上层电路，最后通过化学刻蚀等手段将这部分填充层腐蚀掉从而得到悬空的上层结构。由于被去掉的填充层只起到分离层的作用，故称之为牺牲层。已有的牺牲层材料包括Si、SiO2、PI、光刻胶以及Al、Ti等材料。
其中正性光刻胶(后简称正胶)具有分辨率高、易加工图形、应力小、流平性好、易于释放等优点，但正胶由于自身的特性，也存在一定的局限性：单层正胶牺牲层难以精准实现台阶结构，如凸点等结构的精确制备；在已经图形化的正胶上再匀正胶则普遍存在溶胶的问题；双层光刻胶牺牲层需要选用特定的负性光刻胶作为底层，难以实现高精度图形制备，且必须使用干法释放，对设备要求较高。
本发明提出了“光刻胶-Cu层-光刻胶”的三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备方法，即在下层光刻胶上通过溅射的方式生长一层Cu层作为阻挡层和限高层，且Cu层也可作为内埋的导电层使用。这种牺牲层具有制备简单、可加工复杂图形、易于释放、凸点高度控制精准等特点，并且这种复合牺牲层可以使用去膜剂进行一次性去除，工艺简单。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在两层正胶中夹入Cu层作为隔离层和限高层，实现了一种线条精度高、工艺简单、可精准控制凸点高度的RF MEMS器件的三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备。
本发明采用的技术方案为：
一种三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备方法，工艺步骤如下：
①下层正胶制备：在下层电路上旋涂第一层正性光刻胶，并通过曝光、显影的方式完成图形化，图形化后，对本层光刻胶进行热处理；
②溅射阻挡层：在第一层正性光刻胶上通过常温溅射的手段生长Cu层作为阻挡层；
③上层正胶制备：在Cu层上旋涂第二层正性光刻胶，并通过曝光、显影的方式完成图形化，图形化后，对整个产品进行热处理；
④腐蚀Cu层：以第二层正性光刻胶为保护层进行Cu层的腐蚀，将悬浮结构及凸点结构根部的Cu层去掉；
⑤热处理：对整个产品进行热处理；
完成三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备。
其中，步骤⑤中热处理的温度低于步骤①中的热处理温度。
其中，步骤③中的光刻胶图形中含有凸点结构图形，且最终凸点结构距离下层电路的高度等于步骤①中第一层正性光刻胶层的厚度。
本发明与背景技术相比优点为：
1、相对于PI(聚酰亚胺)等介质材料，光刻胶牺牲层制备简单，不需要高温固化，热处理温度低、设备依赖度低；
2、相对于单层光刻胶来说，三明治夹心型光刻胶牺牲层能够精准的控制凸点高度，并且凸点底部十分平整；
3、相对于Al、Ti等金属牺牲层，避免了金属膜层应力导致的底部介质层损坏以及悬浮结构翘曲等问题；
4、相对于负、正光刻胶的双牺牲层，双层正胶的图形分辨率更高，并且可以直接使用正胶去膜剂湿法释放，不依赖昂贵的干法设备，工艺相对简单；
5、挑选Cu作为阻挡层与限高层，即避免了两层正性光刻胶之间存在的溶胶问题，也实现了凸点高度、均匀性、一致性等重要指标的精准控制，且Cu层后续能够溶于去膜剂，没有引入额外的释放步骤；
6、Cu层可以作为内埋的导电层使用，可与后续设计需求结合制备出更复杂的悬浮结构。
附图说明
图1是一种带触点RF MEMS开关的示意图；
图2是制作牺牲层前下层电路示意图；
图3是第一层正胶制备完成后的示意图；
图4是生长Cu层阻挡层后的示意图；
图5是第二层正胶制备完成后的示意图；
图6是制作完成的三明治夹心型光刻胶牺牲层的示意图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例及附图1-6对本发明作进一步解释说明。
图1是一种带触点RF MEMS开关的示意图，包括下层电路结构以及悬浮结构1，悬浮结构1中有凸点结构2；要形成如图1中所示的悬浮结构，本发明设计了一种三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备方法，包括以下步骤：
1、下层正胶制备：图2是制作牺牲层前下层电路示意图，下层电路结构包括基底4和通过电镀等方式加工的电路结构3；在下层电路结构上旋涂第一层正性光刻胶5，通过曝光、显影的方式完成图形化。图形化后，对本层光刻胶进行热处理，形成如图3所示的结构；
实施例中，下层正胶使用AZ1500，旋涂厚度为0.5～1.5μm，前烘温度90～120℃，时间为2～4min。然后使用掩膜版进行对位曝光，本部分曝光图形为悬浮结构根部图形。之后显影完成图形化。最后对图形化后的AZ1500光刻胶进行100℃～130℃，20min～50min的热处理，从而完成第一层正胶的制备。
2、溅射阻挡层：在步骤1处理完的产品上通过常温溅射的手段生长Cu层6作为阻挡层，形成如图4所示的结构；
实施例中，使用溅射台通过直流(DC)磁控溅射的方法在产品表面生长了一层50～100nm的Cu层。
3、上层正胶制备：在Cu层6上旋涂第二层正性光刻胶7，通过曝光、显影的方式完成图形化。图形化后，对产品进行热处理，形成如图5所示的结构；
实施例中，上层正胶使用AZ1500，旋涂厚度为0.5～1μm，前烘温度90～120℃，时间为2～4min。然后使用掩膜版进行对位曝光，本部分曝光图形包括凸点图形以及悬浮结构根部图形。显影完成图形化后，对产品进行60℃～80℃、10min～20min的热处理。
4、腐蚀Cu层：以上层胶为保护层进行Cu层6的腐蚀，将悬浮结构1以及凸点结构2根部的Cu层去掉，提高器件可靠性。
实施例中，使用Cu腐蚀溶液，将悬浮结构根部的Cu层除去，形成凸点凹槽8。最终凸点距离下层电路的高度等于步骤1中旋涂的光刻胶层的厚度。
5、热处理：对产品进行热处理，本步骤的热处理温度必须低于步骤1的热处理温度。
实施例中，将Cu层6腐蚀完毕后再进行90℃～120℃、20min～50min的热处理。
完成RF MEMS器件三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备。制作完成的三明治夹心型光刻胶牺牲层的示意图如图6所示。

Claims (3)

1.一种三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①下层正胶制备：在下层电路上旋涂第一层正性光刻胶，并通过曝光、显影的方式完成图形化，图形化后，对本层光刻胶进行热处理；
②溅射阻挡层：在第一层正性光刻胶上通过常温溅射的手段生长Cu层作为阻挡层；
③上层正胶制备：在Cu层上旋涂第二层正性光刻胶，并通过曝光、显影的方式完成图形化，图形化后，对整个产品进行热处理；
④腐蚀Cu层：以第二层正性光刻胶为保护层进行Cu层的腐蚀，将悬浮结构及凸点结构根部的Cu层去掉；
⑤热处理：对整个产品进行热处理；
完成三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备。
2.根据权利要求1所述的一种三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备方法，其特征在于：步骤⑤中热处理的温度低于步骤①中的热处理温度。
3.根据权利要求1所述的一种三明治夹心型光刻胶牺牲层的制备方法，其特征在于：步骤③中的光刻胶图形中含有凸点结构图形，且经过步骤④处理后最终凸点结构距离下层电路的高度等于步骤①中第一层正性光刻胶层的厚度。
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