[发明专利]通用性薄膜材料图形化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械加工技术领域的方法，具体涉及一种通用性薄膜材料图形化方法。

背景技术

微机械加工是制造微传感器、微执行器、微结构和系统的手段，包括薄膜生长、图形化工艺、键合操作、牺牲层工艺等。图形化工艺是指通过光刻将掩模版的图形转移到光刻胶，进而转移到薄膜上的工艺，它决定了所制造微结构的几何尺寸和平整程度，是微机械加工中的关键技术。将光刻胶的图形转移到薄膜上的一步，既可以通过先生长薄膜后光刻的刻蚀实现，也可以通过先光刻后生长薄膜的掩模电镀、选择性化学气相淀积(CVD)以及剥离技术实现。但是这些传统的图形化工艺，或多或少地存在自身的缺点和局限性。

首先，湿法刻蚀受到材料的限制，对一种特定的薄膜材料，需要寻找适当的腐蚀剂和掩模材料，并调整腐蚀剂的配比，以达到理想的选择比和腐蚀速率，而且腐蚀剂不能侵蚀组成所需结构的其他材料，如衬底、绝缘层等。尽管如此，刻蚀总是不可避免地会对薄膜材料和衬底带来一定的伤害，其粗糙程度也影响了微细线条的平整度。而干法刻蚀的厚度有所限制，而且刻蚀过程中的生热问题，可能造成对某些薄膜材料如聚合物的损害。一些常用的材料，如铜的干法刻蚀就较为困难，因此集成电路中的金属连线材料由铝换成铜时，镶嵌技术就取代了干法刻蚀。此外一些金属的干法刻蚀还会有交叉污染问题，因此在常规半导体工业中，采用干法刻蚀的金属差不多只有铝。

其次，掩模电镀和选择性金属CVD仅限于金属薄膜材料。金、银、铜、镍、铂、铅等可进行电镀。钨、铂等可进行选择性金属CVD，它是基于用所需的金属原子替换硅原子的化学反应，因此只能用于硅衬底上的金属薄膜。

再次，剥离技术也常用于金属的图形化，虽然几乎不存在对金属和衬底的伤害，可以获得较好的平整度，但是其薄膜厚度受到很大的限制。为了实现良好的金属剥离，其膜厚不能超过剥离层膜厚的2/3；为了形成下宽上窄的光刻窗口，需要对光刻胶表面进行显影前预处理，光刻胶也不可能很厚。最终形成的微结构厚度往往在1微米以内。虽然通过双层胶等工艺，实现了较大厚度的图形化，但仍然不过10微米，且增加了工艺的复杂度。另外，剥离掉的薄膜材料可能再次沾染到基片上，影响洁净度甚至造成短路，引起二次污染问题。

经对现有技术的文献检索发现，Adam Cohen等在《Proceedings of the IEEEMicro Electro Mechanical Systems(MEMS)》(电气和电子工程师协会微机电系统会议录)1999年第244-251页上发表的“Rapid，low-cost desktopmicromachining of high aspect ratio true 3-D MEMS”(高深宽比三维微机电系统的快速低成本加工方法)，该文中提出EFAB(ElectrochemicalFabrication)工艺，通过快速掩模电镀法、覆盖式沉积和平面化三个步骤对金属薄膜进行图形化，形成图形互相独立的多重金属层，最后去除牺牲层金属，形成三维微结构。此工艺具有批量化生产以及精度优于立体光刻的优点，但是其图形化也仅限于可以实现电化学淀积的金属或合金材料。

综上所述，由于现有图形化工艺的局限性，尽管对于一些特定材料，可以通过研究选择较为理想的工艺，但是目前尚没有一种可集成的通用图形化方法，可以不依赖薄膜材料，对厚度没有太大的限制，而且图形化质量较高，可以获得较高平整度的图形。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种通用性薄膜材料图形化方法，使其具有通用、不依赖于薄膜材料的特点，可以用于制造具有较大厚度以及整齐边界的微结构。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述通用的薄膜材料图形化方法，包括以下步骤：

第一步，通过光刻或掩模电镀在基片上制备一次性平面微模具；

第二步，在整个基片范围内淀积薄膜材料，填满微模具的空隙；

第三步，通过研磨加工去除薄膜高出微模具的多余部分，并减至所需厚度；

第四步，选择性去除一次性平面微模具，得到所需微结构。

以上的第一步到第三步可以重复进行，用以制造叠层结构。所以，本发明既可以对单一材料的薄膜进行图形化，也可以对多层复合材料的薄膜进行图形化，既可以制造单层结构，也可以制造叠层结构。