CN1764348A - 制造电气部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制造电气部件的方法，该方法包括如下步骤：在基板的部分表面上形成光致抗蚀剂；形成所述光致抗蚀剂后在基板表面上形成金属层；去除所述金属层的一部分；去除由于去除部分所述金属层而形成在所述金属层表面上的金属氧化膜；以及去除所述光致抗蚀剂。使用该方法可以降低电气部件表面上的接触电阻。

Description

制造电气部件的方法
技术领域
本发明涉及制造电气部件的方法，特别是涉及这样一种制造方法，用该方法可以降低电气部件表面上的接触电阻。
背景技术
以前，使用紫外线照射的光刻技术借助电铸用于制造包括例如Ni(镍)和Ni合金的金属的微细电气部件。然而近些年来，对于具有更高精度和更高形数比(aspect ratio)的电气部件的需求日益增加，这将注意力吸引到称为LIGA(Lithographie Galvanoformung Abformung)的过程上，该过程中结合了光刻技术、镀覆(例如，电铸)和模制。通过LIGA过程可以制造具有微米级尺寸的电气部件，特别是通过使用同步加速辐射(SR)的X射线光刻技术。
下面将描述由使用X射线光刻技术的LIGA过程制造电气部件的方法的示例。
首先，将光致抗蚀剂施加在由Ni等制成的导电性基板的表面全部面积上。随后，将其中带有预定形状的图案(patterning)的掩膜(mask)置于光致抗蚀剂的表面上，并从掩膜上方的一位置照射SR光。因此，通过去除被SR光照射部分处的光致抗蚀剂，可以使光致抗蚀剂根据预定形状形成图案，由此形成母模。从而实现了X射线光刻技术。随后，通过使用母模完成电铸，金属层沉积在不形成光致抗蚀剂的露出的基板表面上。在该情况下，通过将母模作为阴极浸入到电铸池中并通过在母模和阳极之间施加电流而完成使用母模的电铸，其中用于形成金属层的金属加入到该电铸池中，阳极与母模分开浸入到电铸池中。而后，通过抛光因电铸而过度沉积的部分而部分地去除金属层。(例如，参考文献：用于显微机械加工的镍电铸的应用.ManabuYasui，Yasuo Hirabayashi，Hiroyuki Fujita.“Hyomen Gijutu”2001，52(11)：734-735.)(注：“Hyomen Gijutu”字面上翻译成“表面技术”。)此后，借助使用四氟化碳(CF4)和氧气(O2)的混合气的等离子灰化(ashing)去除光致抗蚀剂，并且将金属层从基板上去除，从而完成电气部件。
然而，对于由上述方法制造的电气部件，存在表面接触电阻较大的问题。对此问题认真研究后，本发明者发现，金属氧化膜形成在金属层的过多部分已通过上面提及的抛光而去除的表面上，以及在光致抗蚀剂的等离子灰化期间，氧化膜(MOx：M代表金属，x是整数)引起与氟化氢(HF)的反应，氟化氢(HF)是灰化气体的溶解产物，即， ，由此，由化学反应式MF2x表示的金属氟化物膜形成在金属层的表面上。由于金属氟化物膜极其致密和坚硬，使得去除它是很困难的，因此期望建立一种制造电气部件的方法，其中电气部件表面上不形成金属氟化物膜。
发明内容
在上述情况下，本发明的目的是提供一种制造方法，用该制造方法使得电气部件表面上的接触电阻降低。
本发明是一种制造电气部件的方法，该方法包括在基板的部分表面上形成光致抗蚀剂的步骤、形成光致抗蚀剂后在基板表面上形成金属层的步骤、去除部分金属层的步骤、去除由于去除部分金属层而产生在金属层表面上的金属氧化膜的步骤以及去除光致抗蚀剂的步骤。
这里，在根据本发明的电气部件的制造方法中，所述金属层可通过电铸形成在基板表面上。
此外，在根据本发明的制造电气部件的方法中，所述光致抗蚀剂可以在去除金属氧化膜后将防氧化元件施加到金属层表面上的状态中去除。
在根据本发明的电气部件的制造方法中，所述金属层可包括镍和铁中至少其一的金属。
此外，在根据本发明的电气部件的制造方法中，在去除光致抗蚀剂的步骤之后，可以包括将从钯、包括钯和钴的合金、以及铑中选出的一种金属镀覆到所述金属层表面上的步骤。
在根据本发明的电气部件的制造方法中，去除光致抗蚀剂的步骤可通过使用包括氟化物的气体灰化而完成。
使用根据本发明的电气部件的制造方法，由于通过去除因抛光金属层而产生的金属氧化膜而在金属层的表面上不形成金属氟化物膜，因此可以在电气部件的表面上形成良好的镀覆，由此可以降低电气部件表面上的接触电阻。
附图说明
图1是示出将光致抗蚀剂施加到本发明中使用的基板表面上的期望条件的示例的示意性截面图。
图2是说明提供掩膜在图1中所示的光致抗蚀剂表面上之后照射SR光的状态的示意性截面图。
图3是示出本发明中使用的母模的期望示例的示意性截面图。
图4是说明使用图3中所示的母模进行电铸的示意性截面图。
图5是示出金属层沉积在图3中所示的母模上的期望条件的示例的示意性截面图。
图6是示出金属氧化膜形成在图5中所示的金属层表面上的期望条件的示例的示意性截面图。
图7是示出去除图6中所示的金属氧化膜的期望条件的示例的示意性截面图。
图8是说明去除图7中所示的光致抗蚀剂的期望状态的示例的示意性截面图。
图9是说明将图8中所示的金属层从基板去除的期望状态的示例的示意性截面图。
图10是说明已将金属氧化膜从本发明中使用的基板表面上的金属层去除的期望状态的示例的示意性截面图。
图11是说明提供防氧化元件在图10中所示的金属层表面上的期望状态的示例的示意性截面图。
图12是说明去除图11中所示的光致抗蚀剂的期望状态的示例的示意性截面图。
图13是说明将图12中所示的金属层从基板上去除的期望状态的示例的示意性截面图。
具体实施方式
下面将描述本发明的实施例。在附图中，相同的标记分别是指相同或相应的部件。
(实施例1)
将参照附图描述根据本发明的电气部件的制造方法的优选示例。首先，如图1的截面图示例性地示出，光致抗蚀剂2施加到导电性基板1的全部表面。在该情况下，基板1可以是由不锈钢、铜或铝等制成的导电性的基板，或者可以是这样的基板：在该基板中，导电层由将钛、铝、铜或这些金属的合金溅射到由硅或玻璃等制成的非导电性基板上而形成。对于光致抗蚀剂，例如使用包括碳和氢的树脂(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))。
随后，如图2的示意性截面图中示出，其中以期望图案形成开口的掩膜3放置在光致抗蚀剂2的表面上之后，X射线4从掩膜3上方的一位置照射。而后，如图3的示意性截面图中示出，光致抗蚀剂2的被X射线照射的部分被去除，并由此制备好母模5，在该母模5中，光致抗蚀剂2形成在基板1的部分表面上。
随后，如图4的示意性视图中所示，用作阴极的母模与阳极9(例如，由镍制成)一起浸入到包含在电镀槽中的包括金属离子的电解液7中。而后，通过在这两电极之间流过电流以完成电铸，电解液7中的金属离子减少，从而金属沉积在基板1上，如图5的示意性截面图中所示，金属层6形成在基板1的表面上。随后，将母模从电镀槽中取出之后，通过抛光去除金属层6的一部分，使得金属层6的表面在高度方面具有与光致抗蚀剂2的表面相同的水平。在此过程期间，金属氧化膜10形成在金属层6的表面上，如图6的示意性截面图中所示。设想空气中的氧和金属层6表面中的金属结合在一起，从而形成金属氧化膜10。
而后，如图7的示意性截面图中所示，图6中所示的金属层6表面上的金属氧化膜10被去除。在该情况下，金属氧化膜10可以由化学方法去除，例如用1pH或更低的强酸、氢氟酸、有机酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、季铵酰亚胺化合物、或铵与过氧化氢的混合物(溶液由氨水和双氢水混合而成)等，或者可以由物理腐蚀去除。还可以通过在稀硫酸中电解抛光或者通过电化学方法而去除金属氧化膜10，在该电化学方法中，在一个电极和形成有金属氧化膜10并用作另一电极的金属层6之间施加不引起金属层6被洗提水平的电压。
随后，通过借助于使用包括氧气和氟化物(例如，四氟化碳或氟化氙)的气体的等离子体而完成灰化，去除基板1上的光致抗蚀剂2，如图8的示意性截面图中所示。在该情况下，由于金属层6的表面上不存在金属氧化膜，因此不会形成由金属氧化膜和HF之间反应生成的金属氟化物膜，其中HF是用于灰化的气体的溶解产物。此后，如图9的示意性截面图中所示，金属层6从基板1上去除。从而得到了本发明的电气部件(金属层6)。在本发明的不形成金属氟化物膜的电气部件中，可以降低电气部件表面上的接触电阻。
根据本发明的由上述可以得到的电气部件是，例如，接触探针、微型连接器、微型继电器以及各种传感器部件。此外，由本发明得到的电气部件的示例是可变电容、电感、例如阵列或天线的射频微型机电系统(RFMEMS)、光MEMS元件、墨喷头、生物传感器中的电极、或电源MEMS元件(电极等)。
如果金属层6由镍和铁中至少其一制成，则本发明优选地得到应用，这是因为当金属层6抛光后，容易形成金属氧化膜10。包括镍和铁中至少其一的这种金属是，例如，镍本身、包括镍和锰的合金(Ni-Mn合金)、包括镍和铁的合金(Ni-Fe合金)、包括镍和钴的合金(Ni-Co合金)、包括镍和铬的合金(Ni-Cr合金)、包括铁和铬的合金(Fe-Cr合金)以及包括镍、铁和铬的合金(Ni-Fe-Cr合金)。
在本发明中，从钯、包括钯和钴的合金、或铑中选出的一种金属可以在基板1上已形成金属层6的状态中或者在将金属层6从基板1上去除以后，通过电镀或无电镀镀覆于金属层6的表面上。如果上述金属在未去除金属层6表面上的金属氧化膜10的条件下通过电镀而镀覆，则有时因金属氟化物膜的形成而导致无法导电从而不能完成镀覆，并且即使进行了镀覆，得到的镀膜也是不均匀的。在无电镀的情况下，镀膜的附着力因金属氟化物膜的存在而降低。然而，如果完成了去除金属层6表面上的金属氧化膜10的步骤(如本发明中的情况)，由于金属层6表面上不形成有金属氟化物膜，则可以通过电镀或无电镀镀覆上述金属而形成具有较高附着力且无不均匀性的镀膜。
(实施例2)
参照附图，下面将描述根据本发明的电气部件的制造方法的另一优选示例。首先，如图10的示意性截面图中所示，去除金属层6表面上形成的金属氧化膜步骤之前的制造步骤均与上述实施例1中的相同。下面，如图11的示意性截面图中所示，金属层6的表面上提供有防氧化元件11。如果防氧化元件11能防止金属层6的表面被氧化，则该防氧化元件11不受特别的限制：例如，它可以通过与例如铜的金属一起电镀而形成。
如图12的示意性截面图中所示，通过借助于使用包括氧气和氟化物(例如，四氟化碳或氟化氙)的气体的等离子体而完成灰化，去除基板1上的光致抗蚀剂2。在该情况下，由于防氧化元件11提供在金属层6的表面上，因此金属层6的表面上不形成金属氟化物膜。随后将防氧化元件11从金属层表面上去除。可以通过将防氧化元件11浸入到氨和过氧化氢的混合剂、硫酸溶液或氨溶液等中而去除该防氧化元件11。而后，如图13的示意性截面图中所示，金属层6从基板1上去除，并得到了本发明的电气部件(金属层6)。由于根据本发明而得到的电气部件的表面上不形成有金属氟化物膜，因此可以降低电气部件表面上的接触电阻。
省略对上述实施例2的其它部分的描述，因为其与上述实施例1相同。
示例
(示例1)
包括PMMA的光致抗蚀剂施加到由不锈钢制成的基板的全部表面上，并且当照射同步加速辐射(SR)，即X射线，到部分光致抗蚀剂之后，去除光致抗蚀剂被照射的部分以露出基板的表面，从而形成具有带有被去除部分的开口的光致抗蚀剂，该被去除部分具有60μm的宽度，1mm的长度和60μm的深度。
这样制备好的母模用作阴极，并且镍板用作阳极，由此将该两电极放入到具有下列组分并包含在电解槽中的pH 4.0的电解液中。从而，当电解液保持在60℃温度时且在两电极之间流过电流密度为4A/dm2的电流时，完成电铸。下述电解液组分的标记表示每种成分在每1L电解液中的质量或体积。除了在下列组分中描述的成分外，电解液的其余部分是水。
<电解液的组分>
氨基磺酸镍：600g/L
氯化镍：10g/L
硼酸：40g/L
经由如上述的电铸将镍层沉积到基板上之后，通过抛光并去除凸出到光致抗蚀剂表面高度上方的镍部分，使镍层的表面和光致抗蚀剂的表面具有相同的高度。而后，将市场上可买到的强酸表面处理剂(由Kizai公司制造的“KOKEISAN RP”)施加到镍层的表面上，从而去除由抛光在镍层表面上形成的氧化镍膜。随后，使用体积比为1∶1的氧气和四氟化碳的混合气体，在下列条件下完成灰化以去除光致抗蚀剂。
<灰化条件>
混合气体压力：0.5托
电功率：100瓦
过程时间：200分钟
在上述灰化后，通过从基板上去除镍层而得到的电气部件的表面经俄歇电子能谱(ASE)分析，没有检测到氟。当在下列镀覆条件下完成到电气部件表面的电镀时，令人满意的镀铑膜形成在全部表面上。这些结果证明，在该示例中，防止了氟化镍薄膜的形成，并且得到了具有令人满意的镀铑膜且无不均匀性的电气部件。在下列镀覆条件下，电镀槽项中除了所描述的成分外的全部成分是水。
<镀覆条件>
镀覆槽：硫酸铑(sulfuric acid rhodium)1.5g/L；硫酸20ml/L
浴温：50℃
电流密度：2A/dm2
阳极：铂板
时间：100秒
(示例2)
以与示例1中相似的方式，在通过电铸将镍层沉积到母模的由不锈钢制成的基板上之后，抛光镍层以使其与光致抗蚀剂的表面在高度方面具有相同的表面水平。而后，在使用与示例1中相同的表面处理剂去除镍层表面上的氧化镍膜之后，铜镀膜以3μm的厚度作为防氧化元件形成在镍层表面上。随后，通过在与示例1相同的条件下完成灰化而去除光致抗蚀剂。
上述灰化后得到的基板浸入到氨和过氧化氢的混合剂中以仅溶解镍层表面上的铜镀膜。
随后，与示例1中相同，对由从基板上去除镍层而得到的电气部件进行AES分析，没有检测到氟。此外，在与示例1中相同的条件下进行镀覆，可以在全部表面上实现令人满意的镀覆。由这些结果，该示例中也证实：防止氟化镍薄膜的形成，并且得到具有令人满意的镀膜且无不均匀性的电气部件。
(比较示例1)
除了形成在镍层表面上的氧化镍膜不通过抛光去除以外，电气部件使用与示例1中相同的方法制造。当电气部件以与示例1中相同的方式经AES分析时，在该电气部件的表面上检测到约2nm厚的氟。
此外，当在与示例1中相同的条件下完成到这些电气部件上的镀覆时，铑镀膜未形成在与另一方式的电铸后抛光的镍层表面相对应的表面上。
(比较示例2)
以与比较示例1相同的方式，制备如表I中所示的样品No.1到No.6直到完成灰化，并且分别使用如表I中所示的各种表面处理剂对它们进行预镀覆处理。随后，对它们进行尝试去除金属层表面上形成的氟化镍薄膜。而后，对经受预镀覆处理的样品在与示例1相同的条件下进行镀覆。表I示出预镀覆处理的条件和镀覆的结果。在表I中，“％”是指质量％，“处理温度”是指各表面处理剂的温度，以及“处理时间”是指镍层浸入到各表面处理剂中期间的时间。此外，表I中镀覆结果栏中的标记“×”表示不能实现镀覆。
表1
  样品No.   表面处理剂   处理温度   处理时间(Min.)   镀覆结果
  1   1％HF溶液   50℃   5   ×
  2   20％氯化氢溶液   55℃   5   ×
  3   5％氯化氢溶液   55℃   30   ×
  4   10％氢氧化钠溶液   55℃   10   ×
  5   丙酮   25℃   10   ×
  6   Kokeisan RP   55℃   3   ×
如表I中所示，发现在所有情况下均未实现令人满意的镀覆并且不能去除氟化镍薄膜。
应当指出，在该说明书中公开的所有实施例和示例都是示例性的，并在各个方面都不是限制性的。本发明的范围将由权利要求示出，而不是上述描述，并且意指包括权利要求中和等同范围和内容中的所有改变。

Claims (6)

1.一种制造电气部件的方法，包括如下步骤：
在基板的部分表面上形成光致抗蚀剂；
形成所述光致抗蚀剂后在基板表面上形成金属层；
去除所述金属层的一部分；
去除由于去除部分所述金属层而形成在所述金属层表面上的金属氧化膜；以及
去除所述光致抗蚀剂。
2.根据权利要求1的制造电气部件的方法，其中所述金属层通过电铸形成在所述基板的表面上。
3.根据权利要求1的制造电气部件的方法，其中所述光致抗蚀剂在去除所述金属氧化膜后将防氧化元件施加到所述金属层表面上的状态中去除。
4.根据权利要求1的制造电气部件的方法，其中所述金属层包括镍和铁中至少其一的金属。
5.根据权利要求1的制造电气部件的方法，其中在去除光致抗蚀剂的步骤之后，包括将从钯、包括钯和钴的合金、以及铑中选出的一种金属镀覆到所述金属层表面上的步骤。
6.根据权利要求1的制造电气部件的方法，其中去除光致抗蚀剂的步骤通过使用包括氟化物的气体灰化而完成。
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