[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于柔性MEMS器件的轉(zhuǎn)印工藝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911364222.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111086971B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔巖;高志東;李嘉豪;于舜堯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B81C1/00
• 分類(lèi)號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體/MEMS制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種用于柔性MEMS器件的轉(zhuǎn)印工藝方法，尤其可利用于將在硅等剛性基底上制作完成的結(jié)構(gòu)或器件，轉(zhuǎn)印到如聚酰亞胺、PET、PDMS等柔性襯底上。在基于PZT的柔性壓電能量收集器的案例中，針對(duì)該工藝成功率較低導(dǎo)致影響整體工藝的成功率，本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了以PECVD沉積制作的SiN_X作為轉(zhuǎn)印前釋放的犧牲層，相對(duì)傳統(tǒng)工藝中以SiO₂為釋放工藝的犧牲層，本改進(jìn)明顯縮短了釋放時(shí)間，使結(jié)構(gòu)不至于在HF酸緩沖液中浸泡太久而導(dǎo)致失效，大大提高了轉(zhuǎn)印工藝的成功率。同時(shí)，提出了在轉(zhuǎn)印期間的加壓加溫的工藝改進(jìn)，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)印成功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體/MEMS制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，是一種通過(guò)改進(jìn)犧牲層和工藝條件以提高多層微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印成功率的工藝方法，適用在柔性MEMS器件的轉(zhuǎn)印工藝流程中。

背景技術(shù)

可延展柔性MEMS電子器件將無(wú)機(jī)電子材料與柔性基體巧妙結(jié)合，既保持了無(wú)機(jī)電子材料優(yōu)越的電學(xué)性能，又具備良好的延展性，在顯示、能源、醫(yī)療健康、人機(jī)交互等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是無(wú)機(jī)電子材料無(wú)法在柔性基體上直接生長(zhǎng)和加工，為解決這一難題，研究者發(fā)展了轉(zhuǎn)印技術(shù)，將無(wú)機(jī)薄膜從其生長(zhǎng)基體上剝離并印制到柔性基體上，因此隨著柔性MEMS器件的興起和發(fā)展，轉(zhuǎn)印技術(shù)已經(jīng)成為決定柔性MEMS器件制造成功率的關(guān)鍵工藝。而由于某些脆性微結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)印工藝的復(fù)雜環(huán)境下極其易于失效，導(dǎo)致轉(zhuǎn)印工藝的成功率一直以來(lái)都很低。

目前常用的轉(zhuǎn)印工藝有印章轉(zhuǎn)印法、膠帶轉(zhuǎn)印法等。在水溶性膠帶轉(zhuǎn)印法中，由于膠帶有很強(qiáng)的黏附，可很容易地將器件從施主基體上剝離下來(lái)，然后通過(guò)水或其他溶劑對(duì)膠帶界面或整個(gè)膠帶進(jìn)行處理，使膠帶界面或膠帶本身發(fā)生化學(xué)反應(yīng)失去黏附力，從而實(shí)現(xiàn)印制，來(lái)自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究者利用水溶性膠帶制備了柔性電池。基于熱釋放膠帶的轉(zhuǎn)印技術(shù)，則是通過(guò)加熱處理，使膠帶界面或膠帶本身發(fā)生化學(xué)反應(yīng)失去黏附力來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)印過(guò)程，來(lái)自斯坦福大學(xué)的研究者通過(guò)熱釋放膠帶轉(zhuǎn)印了硅納米線(xiàn)。高聚物印章轉(zhuǎn)印技術(shù)主要通過(guò)拾取和印制兩個(gè)過(guò)程將器件從施主基體上轉(zhuǎn)印到柔性受主基體上，來(lái)自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的Canan Dagdeviren等人以SiO₂作為犧牲層，通過(guò)濕法腐蝕釋放、PDMS印章轉(zhuǎn)印的方法制作了柔性能量收集器。

熱釋放膠帶轉(zhuǎn)印法對(duì)轉(zhuǎn)印溫度和時(shí)間的精確把握要求較高；水溶性膠帶遇水會(huì)分解，但有少量殘留物殘留在結(jié)構(gòu)表面，污染結(jié)構(gòu)；PDMS是柔性轉(zhuǎn)印工藝中最廣泛應(yīng)用的印章材料，工藝可行性最高，但傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)印工藝往往以SiO₂為釋放工藝的犧牲層，而在多次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)以SiO₂作為犧牲層時(shí)釋放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致器件結(jié)構(gòu)由于在HF酸緩沖液中浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而失效，且在印制的過(guò)程中，器件與柔性受主襯底的黏附力太弱。因此，提出一種以PECVD沉積的SiN_X作為犧牲層的轉(zhuǎn)印工藝方法，大大縮短了濕法腐蝕的釋放時(shí)間，并在印制的過(guò)程中對(duì)PDMS印章和柔性聚酰亞胺襯底加溫加壓，以增強(qiáng)柔性MEMS器件結(jié)構(gòu)與柔性聚酰亞胺襯底在印制時(shí)的黏附力，從而有效提高轉(zhuǎn)印成功率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種以PECVD沉積的SiN_X作為犧牲層的PDMS印章轉(zhuǎn)印工藝方法，縮短濕法腐蝕釋放的時(shí)間以避免器件結(jié)構(gòu)由于在HF酸緩沖液中浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)失效。并在印制的過(guò)程中對(duì)PDMS印章和柔性聚酰亞胺襯底加溫加壓，以增強(qiáng)在印制時(shí)柔性MEMS器件結(jié)構(gòu)與柔性聚酰亞胺襯底的黏附力。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于柔性MEMS器件的轉(zhuǎn)印工藝方法，步驟如下：

步驟一，在單晶硅片上利用PECVD沉積一層厚度為0.6-1.2μm的SiN_X犧牲層薄膜；