CN112593186A - 用于在基板上制造电极的制造方法 - Google Patents

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CN112593186A CN202011389321.7A CN202011389321A CN112593186A CN 112593186 A CN112593186 A CN 112593186A CN 202011389321 A CN202011389321 A CN 202011389321A CN 112593186 A CN112593186 A CN 112593186A
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Abstract

本发明公开了一种用于在基板上制造电极的制造方法，包括：光刻步骤，在该光刻步骤中，利用光刻技术在所述基板上形成所述电极的图案；预处理步骤，在该预处理步骤中，对所述基板进行清洁或刻蚀，并且对用于磁控溅射的靶材进行清洁；镀膜步骤，在该镀膜步骤中，基于所述图案，通过直流磁控溅射在所述基板上形成所述电极；以及光刻胶剥离步骤，在该光刻胶剥离步骤中，利用剥离剂将所述光刻步骤中使用的光刻胶剥离。

Description

用于在基板上制造电极的制造方法
技术领域
本发明涉及一种制造方法，尤其涉及一种用于在基板上制造电极的制造方法。
背景技术
随着信息时代移动通信的飞速发展，诸如声表面波(SAW)滤波器之类的器件的尺寸不断减小，工作频率不断增高，对器件的诸如功率耐受性之类的性能的要求也在不断变高。而器件的金属电极(诸如，声表面波滤波器所具备的叉指换能器(IDT)电极)会极大地影响器件的各种性能。因此，如何制造金属电极以获得高性能的器件，这对于通信技术的发展是十分重要的。
在现有技术中，一般是采用光刻→电子束蒸镀→去胶的方法来制造金属电极，具体制造过程为：首先，在基板上进行光刻工艺，光刻的具体步骤包括表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、曝光、后烘、显影、以及硬烘，在光刻工艺完成后，基板上的电极图形已经形成；然后，将基板放入电子束蒸镀机来进行镀膜，电子束蒸镀设备在真空条件下利用电子束来准确地轰击坩埚内靶材，从而使靶材融化，进而沉积在基板上，从而在基板上凝结形成薄膜；蒸镀完成后，进行去胶步骤，从蒸镀机中取出样品并置于丙酮中剥离，从而完成金属电极的制备。
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在现有的制造电极的方法中，存在有如下的缺点：电子束蒸镀形成的膜不够致密并且接合强度不高，导致金属电极电阻率高，从而电极的功率耐受性差。
本发明鉴于上述那样的现有问题而完成，其目的在于提供一种用于在基板上制造电极的制造方法，可以在基板上制造得到具有较高功率耐受性的电极。
解决技术问题的技术方案
在解决上述问题的本发明的一个实施例中，提供了一种用于在基板上制造电极的制造方法，其特征在于，包括：
光刻步骤，在该光刻步骤中，利用光刻技术在所述基板上形成所述电极的图案；
预处理步骤，在该预处理步骤中，对所述基板进行清洁或刻蚀，并且对用于磁控溅射的靶材进行清洁；
镀膜步骤，在该镀膜步骤中，基于所述图案，通过直流磁控溅射在所述基板上形成所述电极；以及
光刻胶剥离步骤，在该光刻胶剥离步骤中，利用剥离剂将所述光刻步骤中使用的光刻胶剥离。
在本发明的其他实施例中，所述光刻步骤包括表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、曝光、后烘、显影、硬烘。
在本发明的其他实施例中，所述镀膜步骤进一步包括抽真空，以使得本底真空度在2.0×10-4Pa～5.0×10-6Pa的范围内，镀膜真空度在1.0×10-1～2.0×10Pa的范围内。
在本发明的其他实施例中，在所述镀膜步骤中，在进行所述直流磁控溅射期间对所述基板进行冷却。
在本发明的其他实施例中，在所述镀膜步骤中，所述基板的温度处于0℃～30℃的范围内。
在本发明的其他实施例中，在所述镀膜步骤中，将所述基板放置在能旋转的基板平台来进行所述直流磁控溅射。
在本发明的其他实施例中，在所述镀膜步骤中，所述能旋转的基板平台的转速是1rpm～30rpm。
在本发明的其他实施例中，在所述镀膜步骤中，将所述基板放置在静止的基板平台来进行所述直流磁控溅射。
在本发明的其他实施例中，所述电极由Al、Cu、Ti、Ni、Au、Ag、Pd、 Pt等金属或合金、或者这些金属或合金的层叠体构成。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种用于声表面波器件的电极，其特征在于，所述电极通过如上述实施例中的任一项所述的制造方法制造而成。
发明效果
根据本发明，通过在电极的制造过程中采用磁控溅射来进行镀膜，从而能够使得制备得到的膜致密，降低电阻率，提高电极的功率耐受性。
此外，根据本发明，可以使原子渗入压电层表面，并且通过等离子轰击而使压电层表面产生粗糙的凹坑，从而能够提高电极和压电薄膜之间的接合强度。
另外，根据本发明，能够使得所形成的电极垂直度好，无毛刺，避免电极指短路。
并且，根据本发明，在电极的制造过程中可以采用低温工艺，不需要加热和冷却，从而能够提升生产效率。
附图说明
为了能够详细地理解本发明，可参考实施例得出上文所简要概述的本发明的更具体的描述，一些实施例在附图中示出，为了促进理解，已尽可能使用相同附图标记来标示各图所共有的相同要素。然而，应当注意，附图仅仅示出本发明的典型实施例，并且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可允许其他等效实施例，在附图中：
图1是用于说明磁控溅射技术的原理的示意图。
图2是示出根据本发明的实施例的直流磁控溅射系统的结构的示意图。
图3是根据本发明的实施例的利用动态直流磁控溅射的电极的制造方法的流程图。
图4是根据本发明的实施例的利用静态直流磁控溅射的电极的制造方法的流程图。
图5(a)至图5(d)是根据本发明的实施例的通过磁控溅射而得到的具有不同膜厚度的Al-Cu合金薄膜的表面形貌图。
图6是示出根据本发明的实施例的通过磁控溅射而得到的具有不同膜厚度的Al-Cu合金薄膜的结合力的柱状图。
图7(a)和图7(b)是通过现有技术的蒸镀所形成的Al膜与通过根据本发明的实施例的磁控溅射所形成的Al膜的表面形貌对比图。
可以预期的是，本发明的一个实施例中的要素可有利地适用于其他实施例而无需赘述。
具体实施方式
以下通过具体实施方式来进行说明，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容清楚地了解本发明的其他优点与技术效果。此外，本发明并不限于下述具体实施方式，也可通过其他不同的实施方式加以施行或应用，并且，对于本说明书中的各项具体内容，可在不背离本发明的精神下进行各种修改与变更。
下面，基于附图对本发明的具体实施方式进行详细叙述。所列举的附图仅为简单说明，并非依实际尺寸描绘，未反应出相关结构的实际尺寸，先予叙明。为了便于理解，在各附图中使用了相同的参考标号，以指示附图中共用的相同元素。附图并未依比例绘制并且可为了清晰而被简化。一个实施例的元素及特征可有利地并入其他实施例中，而无须进一步叙述。
<实施例1>
以下，参照图1至图5对用于在基板上制造电极的制造方法进行说明。
在本实施例的制造方法中，使用磁控溅射技术来进行镀膜。下面，利用图 2和图3对该磁控溅射技术进行说明。
图1是用于说明磁控溅射技术的原理的示意图。
在磁控溅射系统中，在阴极靶材的背后放置强力磁体，在真空室内充入具有一定压力的惰性气体(例如Ar等)，以作为气体放电的载体。在高压作用下，原子电离成为离子和电子，产生等离子辉光放电，电子在加速飞向基板的过程中，受到垂直于电场的磁场影响，使电子产生偏转，被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内。电子以摆线的方式沿着靶表面前进，在运动过程中不断与原子发生碰撞，电离出大量的Ar离子。在经过多次碰撞后，电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，最终落在基基板、真空室内壁以及靶源阳极上。Ar 离子在高压电场加速作用下，与靶材撞击并释放出能量，导致靶材表面的原子吸收Ar离子的动能从而脱离原晶格束缚，呈中性的靶原子逸出靶材的表面飞向基板，并在基板上沉积形成薄膜。
在本实施方式的电极的制造方法中，基于上述磁控溅射技术的原理，使用磁控溅射系统10进行镀膜。该磁控溅射系统10的结构如图2所示。
在图2中，磁控溅射系统10可包括腔室9，该腔室9可容纳：磁体1；屏蔽罩2；基板3；基板加热装置4(可省略)；挡板8；靶材5，从该靶材5溅射出材料；以及基板平台(未示出)，该基板平台支撑在其上沉积所需材料的基板3。在图2所示的实施方式中，腔室9示出为是圆柱形的，但是也可以采用其他腔室形状。在工作时，将基板3和靶材5放置在相应位置，将惰性气体 (例如，Ar等)引入到腔室9中，将腔室9设定至相应的真空条件，并且将靶材5作为阴极，基板3作为阳极，在这两极之间施加直流电压。放电气体中的离子受阴极暗区电位降加速而轰击靶表面，从而溅射粒子并沉积于基板3的表面以形成膜。
以下，参照图3对根据本实施例的在基板3上制造电极的制造方法300进行详细说明。在本实施例中，采用动态直流磁控溅射来进行镀膜。
该制造方法300开始于步骤S301。在该步骤S301中，利用光刻技术在基板3上形成电极的图案。基板3可由蓝宝石、GaAs、玻璃、Si、4H-SiC等材料形成。作为一个示例，光刻技术可以包括表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、曝光、后烘、显影、硬烘等工序，但可构想到，也可以省略上述工序中的一个或多个，或将额外的一个或多个工序(例如，坚膜、蚀刻等)添加到该光刻技术中，只要能够根据需要得到所期望的图案即可。
接着，在步骤S302中，对基板3进行清洁(诸如，紫外光清洗、清洗剂清洗等)或刻蚀(诸如，利用短时间的射频磁控溅射进行背面刻蚀等)，以去除靶材5上的杂质。在采用射频磁控溅射进行刻蚀的情况下，可待辉光稳定清晰后，开始正式溅射薄膜。
然后，在步骤S303中，基于在步骤S301中所形成的电极图案，通过磁控溅射(例如，直流磁控溅射)来进行镀膜以形成电极。首先，将在步骤S302 中经过预处理的基板3固定在可旋转的基板平台上，将基板平台放入腔室9中的基座(未示出)中。其中，例如，真空室的直径可为50cm～150cm，基板平台的转速可为1rpm～30rpm。将靶材5放置就位并固定，靶材5与基板3之间的距离可为5cm～25cm。接着，进行抽真空，以使得本底真空为 2.0×10-4Pa～5.0×10-6Pa，镀膜真空为1.0×10-1～2.0×10Pa。然后，通入惰性气体，流量可为20sccm。在进行磁控溅射时，基板3的温度可为常温，一般可为0℃～30℃，从而不需要对基板3进行加热和/或冷却。磁控溅射的溅射功率可被调节为100W～2000W，动态镀膜速率可为
Figure RE-GDA0002903252600000061
最终镀膜厚度可为
Figure RE-GDA0002903252600000062
应注意的是，溅射时，可对基板3进行冷却(例如，通过水冷、风冷等来进行冷却)，以防止光刻胶剥离不干净或剥离线条边缘不平整而有毛刺。有毛刺的原因在于，高能粒子轰击或轰击产生的热量可使光刻胶变质。
之后，在步骤S304中，用剥离剂来剥离光刻胶。剥离剂可包括有机胺、酰胺类、酮类等中的一种或多种。作为一个示例，剥离剂优选为丙酮。
在将光刻胶剥离之后，方法300结束，在基板3上制造得到电极。
在上述方法中，作为示例，靶材5可为Al、Cu、Ti、Ni、Au、Ag、Pd、 Pt等金属或合金(例如，Al-Cu合金，其中Cu含量优选为1％～20％)。相应地，所形成的电极可由Al、Cu、Ti、Ni、Au、Ag、Pd、Pt等金属或合金、或者这些金属或合金的层叠体构成。
<实施例2>
以下，参照图4对根据本实施例的在基板3上制造电极的制造方法400进行详细说明。在本实施例中，采用静态直流磁控溅射来进行镀膜。由于本实施例中所使用的磁控溅射系统可与实施例1中所使用的磁控溅射系统10相同，因此省略其说明。
该制造方法400开始于步骤S401。在该步骤S401中，利用光刻技术在基板3上形成电极的图案。作为一个示例，光刻技术可以包括表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、曝光、后烘、显影、硬烘等工序，但可构想到，也可以省略上述工序中的一个或多个，或将额外的一个或多个工序(例如，坚膜、蚀刻等)添加到该光刻技术中，只要能够根据需要得到所期望的图案即可。
接着，在步骤S402中，对基板3进行清洁(诸如，紫外光清洗、液体溶剂清洗等)或刻蚀(诸如，利用短时间的射频磁控溅射进行背面刻蚀等)，以去除靶材5上的杂质。在采用射频磁控溅射进行刻蚀的情况下，可待辉光稳定清晰后，开始正式溅射薄膜。
然后，在步骤S403中，基于在步骤S401中所形成的电极图案，通过磁控溅射(例如，直流磁控溅射)来进行镀膜以形成电极。首先，将在步骤S302 中经过预处理的基板3固定在可旋转的基板平台上，将基板平台放入腔室9中的基座(未示出)中。其中，例如，真空室的直径可为50cm～150cm，基板平台的转速可为1rpm～30rpm。将靶材5放置就位并固定，靶材5与基板3之间的距离可为5cm～25cm。接着，进行抽真空，以使本底真空为 2.0×10-4Pa～5.0×10-6Pa，镀膜真空为1.0×10-1～2.0×10Pa。然后，通入惰性气体，流量可为20sccm。在进行磁控溅射时，基板3的温度可为常温，一般可为0℃～30℃，从而不需要对基板3进行加热和/或冷却。磁控溅射的溅射功率可被调节为100W～2000W，动态镀膜速率可为
Figure RE-GDA0002903252600000071
最终镀膜厚度可为
Figure RE-GDA0002903252600000072
应注意的是，溅射时，可对基板3进行冷却(例如，通过水冷、风冷等来进行冷却)，以防止光刻胶剥离不干净或剥离线条边缘不平整而有毛刺。有毛刺的原因在于，高能粒子轰击或轰击产生的热量可使光刻胶变质。
之后，在步骤S404中，用剥离剂来剥离光刻胶。剥离剂可包括有机胺、酰胺类、酮类等中的一种或多种。作为一个示例，剥离剂优选为丙酮。
在将光刻胶剥离之后，方法400结束，在基板3上制造得到电极。
在上述方法中，作为示例，靶材5可为Al、Cu、Ti、Ni、Au、Ag、Pd、 Pt等金属或合金(例如，Al-Cu合金，其中Cu含量优选为1％～20％)。相应地，所形成的电极可由Al、Cu、Ti、Ni、Au、Ag、Pd、Pt等金属或合金、或者这些金属或合金的层叠体构成。
在某些实施例中，上述各实施例中的方法所包括的操作可同时地发生、实质上同时地发生、或以不同于附图所示的次序而发生。
在某些实施例中，上述各实施例中的方法所包括的操作的全部或部分可选地可以由程序来自动执行。在一个示例中，本发明可以被实施作为存储在用于与计算机系统一起使用的计算机可读存储介质上的程序产品。程序产品的(多个)程序包括实施例的功能(包括本文所述的方法)。说明性计算机可读存储介质包括但不限于：(i)不可写存储介质(例如，计算机内的只读存储器装置，诸如可通过CD-ROM机读取的CD-ROM盘、闪存、ROM芯片或任何类型的固态非易失性半导体存储器)，在该不可写存储介质上的信息被永久存储；以及(ii)可写存储介质(例如，盘存储或硬盘驱动或者任何类型的固态随机存取半导体存储器)，在该可写存储介质上存储可变动信息。当实施指示本文所述的方法的功能的计算机可读指令时，这种计算机可读存储介质是本发明的实施例。
<实施例3>
以下，参照图5(a)至图5(d)和图6对通过本发明的磁控溅射方法所得到的Al-Cu合金薄膜进行说明。
本实施例中，根据本发明所涉及的电极制造方法，利用Al-Cu合金靶材，通过采用不同的工艺参数，在完成磁控溅射后得到不同厚度的Al-Cu合金薄膜。利用电子显微镜和结合力测试装置对所形成的不同厚度的Al-Cu合金薄膜进行研究，从而得到图5(a)至图5(d)和图6中的结果。
图5(a)至图5(d)示出了通过本发明的电极制造方法所制造出具有不同膜厚度的Al-Cu合金薄膜的表面形貌。从图中可知，在Al-Cu合金薄膜的厚度为0.2μm～0.8μm的情况下，薄膜表面平整、致密，没有孔洞。
图6为不同厚度下Al-Cu合金薄膜的结合力图。从图中可知，薄膜的结合力随厚度的增加呈现先增长后下降的趋势，并且均高于20N。这说明在Al-Cu 合金薄膜的厚度为0.2μm～0.8μm的情况下，Al-Cu合金薄膜的结合力良好。
由于磁控溅射后得到的合金薄膜的性质基本上相当于电极的性质，因此，可知，根据本发明所涉及的电极制造方法能得到表面平整、致密且结合力良好的电极。
<实施例4>
以下，参照图7(a)和图7(b)对通过本发明的磁控溅射方法所得到的 Al合金薄膜进行说明。
本实施例中，作为比较例，通过除了将磁控溅射成膜步骤替换为现有技术的蒸镀成膜步骤以外其他步骤和工艺参数与本发明的电极制造方法相同的方法，在基板上形成得到Al薄膜。此外，根据本发明所涉及的电极制造方法，利用Al靶材，通过磁控溅射也在基板上形成得到Al薄膜。通过电子显微镜对利用两种方法制得的Al薄膜进行拍摄，得到图7(a)和图7(b)。
图7(a)示出了通过现有技术的蒸镀所形成的Al薄膜的表面形貌，图7 (b)示出了通过直流磁控溅射所形成的Al薄膜的表面形貌。其中，图7(a) 和图7(b)中Al薄膜的膜厚均是0.6μm。
图7(a)为在2000倍下观测到的通过蒸镀所形成的Al薄膜，图7(b) 为20000倍下观测到的通过直流磁控溅射所形成的Al薄膜。由图中可以看出，蒸镀Al薄膜的颗粒较为粗大，并且表面凹凸起伏较大，Al粒子不是靠得很近，并且薄膜表面有少量孔洞。与通过蒸镀所形成的Al薄膜相比较，通过溅射所形成的Al膜平滑而且色泽光亮，且溅射Al薄膜的颗粒很小，在0.8μm
Figure RE-GDA0002903252600000091
以下，Al粒子相互靠得很紧，颗粒均匀，表面平整，没有孔隙，这说明直流磁控溅射Al膜的致密很好。
由于磁控溅射后得到的合金薄膜的性质基本上相当于电极的性质，因此，可知，根据本发明所涉及的电极制造方法，与利用现有技术的蒸镀的制造方法相比，能够得到表面更为平整、更为致密且颗粒更为细小均匀的电极。
以上详细描述了本发明的可选实施例。但应当理解，在不脱离本发明的广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本发明的权利要求书所确定的保护范围内。
标号说明
1 磁极
2 屏蔽罩
3 基板
4 基板加热装置
5 靶材
6 磁力线
7 电场
8 挡板
9 腔室
10 直流磁控溅射系统。

Claims (10)

1.一种用于在基板上制造电极的制造方法，其特征在于，包括：
光刻步骤，在该光刻步骤中，利用光刻技术在所述基板上形成所述电极的图案；
预处理步骤，在该预处理步骤中，对所述基板进行清洁或刻蚀，并且对用于磁控溅射的靶材进行清洁；
镀膜步骤，在该镀膜步骤中，基于所述图案，通过直流磁控溅射在所述基板上形成所述电极；以及
光刻胶剥离步骤，在该光刻胶剥离步骤中，利用剥离剂将所述光刻步骤中使用的光刻胶剥离。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述光刻步骤包括表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、曝光、后烘、显影、硬烘。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述镀膜步骤进一步包括抽真空，以使得本底真空度在2.0×10-4Pa～5.0×10-6Pa的范围内，镀膜真空度在1.0×10-1～2.0×10Pa的范围内。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述镀膜步骤中，在进行所述直流磁控溅射期间对所述基板进行冷却。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述镀膜步骤中，所述基板的温度处于0℃～30℃的范围内。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述镀膜步骤中，将所述基板放置在能旋转的基板平台来进行所述直流磁控溅射。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述镀膜步骤中，所述能旋转的基板平台的转速是1rpm～30rpm。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述镀膜步骤中，将所述基板放置在静止的基板平台来进行所述直流磁控溅射。
9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述电极由Al、Cu、Ti、Ni、Au、Ag、Pd、Pt等金属或合金、或者这些金属或合金的层叠体构成。
10.一种用于声表面波器件的电极，其特征在于，所述电极通过如权利要求1-9中任一项所述的制造方法制造而成。
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