[发明专利]采用多步腐蚀减小压电喷墨打印头铜微电极侧蚀量的方法

说明书

本发明属于MEMS领域金属微电极制备技术领域，涉及一种采用多步腐蚀减小压电喷墨打印头铜微电极侧蚀量的方法。采用多步腐蚀的方法制备压电喷墨打印头铜微电极的方法，利用MEMS技术中的光刻工艺制备铜电极掩蔽层，将裸露的铜电极表面腐蚀生成中间产物CuCl，利用能去除CuCl而不腐蚀铜的溶液腐蚀CuCl即得到侧蚀小的铜微电极结构。采用本发明的方法可以大大减少铜电极在FeCl₃溶液中的停留时间，从而有效减小铜电极边壁的侧蚀量以及提高腐蚀均匀性。本方法制备的压电喷墨打印头铜微电极结构，其制作工艺简单、成本低、工艺重复性好。

技术领域

本发明属于MEMS领域金属微电极制备技术领域，特别涉及一种采用多步腐蚀减小压电喷墨打印头铜微电极侧蚀量的方法。

背景技术

压电喷墨打印技术由于其微型化、批量化以及寿命长等诸多优点，已经从传统的印刷行业扩展到电子、生物以及快速成型技术等领域；作为压电喷墨打印头的驱动元件，电极材料选择、制备质量以及图形化工艺对整体器件的振动幅值和振动形态有很大的影响。金属Cu由于具有优良的导电性、导热性和弹性，目前已经广泛应用于微电子器件领域，而且多以薄膜形式使用。由磁控溅射法制备的Cu薄膜材料作为常用电极广泛应用于压电喷墨打印头制作。在溅射得到Cu薄膜后，采用具有良好抗刻蚀性能的正性光刻胶为掩膜，通过刻蚀工艺对其进行图形化来得到电极结构。电极的有效面积尺寸大大影响振动性能；但是在刻蚀工艺中刻蚀反应物会透过掩膜对Cu电极的边缘造成很大的侧蚀，发生侧蚀的电极实际图形向内收缩，会造成形状尺寸相对减小，PZT的有效极化面积减小，从而削弱了PZT的压电性能。因此在图形化工艺中Cu刻蚀的侧蚀量控制是电极制作过程中的关键。

减少侧蚀量的关键在于选择合适的刻蚀方法，既能保证图形的完整性又不会对基底造成损伤。传统的金属刻蚀方法有干法刻蚀和湿法化学腐蚀两种，干法刻蚀是利用等离子体强力轰击来制备所需要的图形结构，通过活性气体原子与金属发生反应，实现对金属表面刻蚀的目的；吴小鹏、Kima H W等人以SF₆/O₂作为刻蚀气体，通过磁增强反应离子刻蚀(MERIE)对磁控溅射法制备的Pt进行刻蚀,刻蚀后的图形边缘齐整，结构致密。但是利用溅射法轰击金属表面时，不可避免的会对基底造成损伤，而且此种方法成本较高，不易操作。湿法刻蚀又包括化学反应刻蚀、电化学刻蚀和光电化学刻蚀。Cu薄膜湿法刻蚀液的种类较多，李佳等人以硝酸为基础的蚀刻液腐蚀Cu，研究了不同硝酸浓度对腐蚀速度以及侧蚀的影响，但是该溶液对基底有一定的限制，而且强酸操作安全性较差，不易处理；蔡坚等人利用FeCl₃溶液腐蚀Cu，研究了Cu在FeCl₃溶液中的腐蚀速度，中间产物CuCl的生成机理等；另外还有氨水、氯化铵以及氯化铜组成的碱性腐蚀液也可以腐蚀Cu，但是碱性刻蚀液会使正性光刻胶掩蔽层的性质发生改变，导致正胶在结构上有残留且不易去除。而且在一步腐蚀工艺下腐蚀Cu，由于环境、配制浓度以及操作手法的误差，无法准确的控制腐蚀Cu的时间，导致在腐蚀液中停留的时间过长而发生较大侧蚀。

基于这样的原因，在结合铜在三氯化铁溶液中的腐蚀机理的研究，本发明提出一种采用多步腐蚀减小压电喷墨打印头铜微电极侧蚀量的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用多步腐蚀减小压电喷墨打印头铜微电极侧蚀量的方法，以简单且低成本地改善铜电极在三氯化铁溶液中腐蚀所产生的侧蚀以及不均匀现象。

为实现上述目的，本发明提供如下方案：

采用多步腐蚀的方法制备压电喷墨打印头铜微电极的方法，利用MEMS技术中的光刻工艺制备铜电极掩蔽层，将裸露的铜电极表面腐蚀生成中间产物CuCl，利用能去除CuCl而不腐蚀铜的溶液腐蚀CuCl即得到侧蚀小的铜微电极结构。

一种采用多步腐蚀减小压电喷墨打印头铜微电极侧蚀量的方法，包括以下步骤：

(1)用磁控溅射法在锆钛酸铅(PZT)/Cr/Au基底上溅射铜微电极薄膜，制备压电喷墨打印头的铜薄膜电极片；