一種壓電駐極體基體的mems工藝制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微加工制備技術(shù),具體涉及一種壓電駐極體基體的MEMS工藝制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電駐極體是一類新型的具有極強壓電效應(yīng)的柔性多孔駐極體。其壓電常數(shù)d33可達數(shù)百pC/N,其壓電性能可與傳統(tǒng)壓電陶瓷類材料媲美,在微機電系統(tǒng)領(lǐng)域,尤其是聲學/振動/壓力傳感器得以廣泛應(yīng)用。壓電駐極體包括壓電駐極體基體及其表面的極化電荷,壓電駐極體基體為多孔結(jié)構(gòu),在壓電駐極體基體的孔洞附近附著有極化電荷;在外力作用下,壓電駐極體發(fā)生形貌變化,產(chǎn)生壓電效應(yīng)。壓電駐極體基體的形狀和結(jié)構(gòu)是決定其壓電效應(yīng)的關(guān)鍵因素。目前,壓電駐極體基體的制備可以通過工業(yè)發(fā)泡制備技術(shù)和實驗室制備技術(shù)實現(xiàn),前者會造成隨機分布并且具有不同尺寸的橢球形孔洞,并造成不均勻極化。后者無法在膜厚方向形成多層壓電駐極體基體,且制備效率極低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明提出了壓電駐極體基體的MEMS工藝的高效制備方法,有效地解決了孔洞形貌的一致性和均勻性的難題。
[0004]本發(fā)明的目的在于提供壓電駐極體基體的MEMS工藝制備方法。
[0005]本發(fā)明的壓電駐極體基體的MEMS工藝制備方法,包括以下步驟:
[0006]I)提供基板;
[0007]2)在基板上旋涂光刻膠,軟烤光刻膠;
[0008]3)在第一光刻板上設(shè)計所需壓電駐極體基體的孔洞的圖形,通過紫外線曝光,將第一光刻板的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上,在光刻膠上形成所需孔洞的圖形;
[0009]4)以光刻膠為掩膜,采用深度反應(yīng)等離子技術(shù)(bosch方法)刻蝕基板,在基板內(nèi)形成高深寬比的孔槽,作為壓電駐極體基體的基板;
[0010]5)去除基板上方殘余的光刻膠,隨后通過化學氣相沉積或真空注塑方法,在高深寬比的孔槽中填充功能性壓電駐極體基體材料;
[0011]6)在填充有功能性壓電駐極體基體材料的基板的上表面和下表面,分別蒸鍍或濺射金屬掩膜層;
[0012]7)在兩個表面的金屬掩膜層上分別旋涂光刻膠,軟烤光刻膠;
[0013]8)采用具有開放窗口圖形的第二光刻板,分別對兩個表面上的光刻膠先后進行曝光,在光刻膠上形成開放窗口的圖形;
[0014]9)利用濕法腐蝕金屬掩膜層,而后利用氧氣等離子刻蝕基板上面的功能性壓電駐極體基體,形成開放窗口 ;
[0015]10)利用濕法或干法刻蝕開放窗口下面的基板,從而釋放在開放窗口下面的壓電駐極體基體。
[0016]其中,在步驟I)中,基板的材料采用硅、玻璃或金屬中的一種,基板的厚度在300 μm以上。
[0017]在步驟2)中,光刻膠的厚度在6 μπι以上。軟烤溫度大于100°C,時間在10?30分鐘之間。
[0018]在步驟4)中,孔槽的長度為a、寬度為b、高度為c以及間距為d,分別滿足a:d ^ 8:I, a:c ^ 5:l,c:b ^ 15:1。
[0019]在步驟5)中,功能性壓電駐極體基體材料采用聚合物如派瑞林Parylene或特氟龍 Teflon。
[0020]在步驟6)中,蒸鍍或濺射金屬掩膜層包括:首先在表面蒸鍍一層粘附性金屬層;然后在粘附性金屬上再蒸鍍一層主金屬層;最后在主金屬層上蒸鍍一層粘附性金屬層。兩層粘附性金屬層的材料相同,采用鈦或鉻,厚度在50?10nm之間;主金屬層的材料采用鉛或金,厚度在10nm?I μ m之間。
[0021]在步驟7)中,軟烤光刻膠,溫度大于100°C,時間在10?30分鐘之間。
[0022]在步驟8)中,根據(jù)紫外線強度,曝光時間在3?50秒之間,顯影時間在I?5分鐘之間。
[0023]在步驟9)中,開放窗口的用來定義壓電駐極體基體的幾何尺寸。開放窗口的長度和寬度分別彡0.1mm0
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0025]本發(fā)明采用了標準MEMS微加工工藝,利用第一光刻板形成高深寬比的孔槽,在孔槽中填充功能性壓電駐極體基體材料,然后利用第二光刻板形成開放窗口,最后釋放開放窗口下面的壓電駐極體基體,實現(xiàn)了壓電駐極體孔洞形貌的一致性和可控性,最小可控尺寸在I ym量級,并且可高效率制備在膜厚方向上的多層壓電駐極體基體,層數(shù)多50。本發(fā)明通過光刻板圖的設(shè)計達到自由靈活調(diào)控孔洞的幾何尺寸和壓電駐極體基體的層數(shù)和幾何尺寸的目的。
【附圖說明】
[0026]圖1至圖10為本發(fā)明的壓電駐極體基體的MEMS工藝制備方法的流程圖。
[0027]圖11為根據(jù)本發(fā)明的壓電駐極體基體的MEMS工藝制備方法得到的壓電駐極體基體的電鏡圖,其中,(a)為采用深度反應(yīng)等離子技術(shù)刻蝕基板的電鏡圖,(b)為釋放后得到的壓電駐極體基板的電鏡圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖,通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0029]本實施例的壓電駐極體基體的MEMS工藝的制備方法,包括以下步驟:
[0030]I)提供基板I,材料采用Si,厚度400 μ m,如圖1所示;
[0031]2)在基板上旋涂光刻膠2,光刻膠采用AZP4620,厚度7 μ m,利用熱爐軟烤光刻膠,溫度為150°C,時間25分鐘,如圖2所示;
[0032]3)根據(jù)第一光刻板上設(shè)計所需壓電駐極體基體的孔洞的圖形,通過紫外線曝光,將第一光刻板的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上,曝光時間在9秒,顯影時間在1.5分鐘,便可在光刻膠上形成所需孔洞的圖形21,如圖3所示;
[0033]4)以光刻膠為掩膜,采用深度反應(yīng)等離子技術(shù)刻蝕基板,在基板內(nèi)形成高深寬比的孔槽3,孔槽的尺寸為a = 800 μm,b = 20 μm,c = 350 μm,d = 50 μm,作為壓電駐極體基體的娃基板,如圖4所不;
[0034]5)利用氧氣等離子體清除基板上方殘余的光刻膠掩膜,隨后通過利用化學氣相沉積法,在高深寬比的孔槽中填充功能性壓電駐極體基體材料4,采用Parylene,如圖5所示;
[0035]6)在填充有功能性壓電駐極體基體材料的基板的上表面和下表面,分別蒸鍍金屬掩膜層5,材料采用Cr/Au/Cr,厚度分別為50nm/200nm/50nm,如圖6所示;
[0036]7)在兩個表面的金屬掩膜層Cr/Au/Cr上分別旋涂光刻膠6,采用AZP4400,厚度為4 μ m,熱爐軟烤光刻膠,溫度為100°C,時間30分鐘,如圖7所示;
[0037]8)米用具有開放窗口圖形的第二光刻板,開放窗口圖形的尺寸為ImmX 0.5mm,分別對兩個表面上的光刻膠進行曝光,曝光時間在5秒,顯影時間在1.0分鐘,便可在光刻膠上形成開放窗口的圖形61,如圖8所示;
[0038]9)利用濕法腐蝕金屬掩膜層Cr/Au/Cr,而后利用氧氣等離子刻蝕基板上面的功能性壓電駐極體基體材料,形成開放窗口 7,如圖9所示;
[0039]10)利用XeF2氣體干法刻蝕具有開放窗口的娃基板,從而釋放在開放窗口內(nèi)的壓電駐極體基體0,如圖10所示。
[0040]通過MEMS微加工方法制備的壓電駐極體基體的電鏡圖如圖11所示,其中,圖(a)為利用深度反應(yīng)等離子技術(shù)刻蝕基板的電鏡圖,即步驟4)后的效果圖;圖(b)為釋放后得到的壓電駐極體基板的電鏡圖,即步驟10)后的效果圖。
[0041]最后需要注意的是,公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明,但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi),各種替換和修改都是可能的。因此,本發(fā)明不應(yīng)局限于實施例所公開的內(nèi)容,本發(fā)明要求保護的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種壓電駐極體基體的MEMS工藝制備方法,其特征在于,所述制備方法包括以下步驟: 1)提供基板; 2)在基板上旋涂光刻膠,軟烤光刻膠; 3)在第一光刻板上設(shè)計所需壓電駐極體基體的孔洞的圖形,通過紫外線曝光,將第一光刻板的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上,在光刻膠上形成所需孔洞的圖形; 4)以光刻膠為掩膜,采用深度反應(yīng)等離子技術(shù)刻蝕基板,在基板內(nèi)形成高深寬比的孔槽,作為壓電駐極體基體的基板; 5)去除基板上方殘余的光刻膠,隨后通過化學氣相沉積或真空注塑方法,在高深寬比的孔槽中填充功能性壓電駐極體基體材料; 6)在填充有功能性壓電駐極體基體材料的基板的上表面和下表面,分別蒸鍍或濺射金屬掩膜層; 7)在兩個表面的金屬掩膜層上分別旋涂光刻膠,軟烤光刻膠; 8)采用具有開放窗口圖形的第二光刻板,分別對兩個表面上的光刻膠先后進行曝光,在光刻膠上形成開放窗口的圖形; 9)利用濕法腐蝕金屬掩膜層,而后利用氧氣等離子刻蝕基板上面的功能性壓電駐極體基體,形成開放窗口 ; 10)利用濕法或干法刻蝕開放窗口下面的基板,從而釋放在開放窗口下面的壓電駐極體基體。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟I)中,所述基板的材料采用硅、玻璃或金屬中的一種,基板的厚度在300 μ m以上。3.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟2)中,所述光刻膠的厚度在6 μπι以上;軟烤溫度大于100°C,時間在10?30分鐘之間。4.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟4)中,所述孔槽的長度為a、寬度為b、高度為c以及間距為d,分別滿足a:d彡8:1,a:c彡5:1, c:b彡15:1。5.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟5)中,所述功能性壓電駐極體基體材料采用聚合物如派瑞林Parylene或特氟龍Teflon。6.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟6)中,蒸鍍或濺射金屬掩膜層包括:首先在表面蒸鍍一層粘附性金屬層;然后在粘附性金屬上再蒸鍍一層主金屬層;最后在主金屬層上蒸鍍一層粘附性金屬層。7.如權(quán)利要求6所述的制備方法,其特征在于,兩層粘附性金屬層的材料相同,采用鈦或絡(luò),厚度在50?10nm之間;主金屬層的材料采用鉛或金,厚度在10nm?I μ m之間。8.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟7)中,軟烤光刻膠,溫度大于100°C,時間在10?30分鐘之間。9.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟8)中,根據(jù)紫外線強度,曝光時間在3?50秒之間,顯影時間在I?5分鐘之間。10.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟9)中,所述開放窗口的長度和寬度分別彡0.1mm0
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓電駐極體基體的MEMS工藝制備方法。本發(fā)明采用了標準MEMS微加工工藝,利用第一光刻板形成高深寬比的孔槽,在孔槽中填充功能性壓電駐極體基體材料,然后利用第二光刻板形成開放窗口,最后釋放開放窗口下面的壓電駐極體基體,實現(xiàn)了壓電駐極體孔洞形貌的一致性和可控性,最小可控尺寸在1μm量級,并且可高效率制備在膜厚方向上的多層壓電駐極體基體,層數(shù)≥50。本發(fā)明通過光刻板圖的設(shè)計達到自由靈活調(diào)控孔洞的幾何尺寸和壓電駐極體基體的層數(shù)和幾何尺寸的目的。
【IPC分類】B81C1/00
【公開號】CN105036063
【申請?zhí)枴緾N201510382883
【發(fā)明人】馮躍
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月2日