专利名称：一种使柔性材料层表面平坦化的方法
技术领域：
本发明涉及一种在微加工领域，针对表面不平坦的柔性材料层进行平坦化的方
法。
背景技术：
随着微电子工业的发展，其器件在生物、医学等领域的应用也越来越多，前景光明。而这些方面的应用往往要求微电子器件具有柔韧性、延展性和生物兼容性，因此加工时都需要生长加工较厚的柔性材料，比如聚合物聚对二甲苯(parylene)、聚酰亚胺(polyimide)等(Liu C，ADVANCED MATERIALS Vol. 19 Iss. 22 3783-3790 Published NOV 192007)。而由于器件的结构的多样化和复杂化，生长完柔性材料后，柔性材料层表面往往是不平坦的，对于后续的图形化加工，包括电极引线、多层复合加工等，都带了很多的麻烦，这就需要用到平坦化和抛光技术。常规的普通硬质材料(如氧化硅、金属等)的平坦化方法为化学机械抛光(CMP)。这种方法对于这些柔性材料很不适用，往往会造成柔性材料的脱落(Chemical Mechanical Planarization of Microelectronic Materials,Joseph M. Steigerwald,Shyam P. Murarka,Ronald J. Gutmann，Published Online :21 DEC2007 (book))0因此发明一种针对柔性材料平坦化的方法，对于微电子在生物、医学等方面的应用将具有革命性的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现柔性材料层表面平坦化的方法。为了实现上述目的，本发明首先依据柔性材料层所覆盖的器件表面结构，利用传统光刻工艺制备出硬质模版；然后将此模版置于覆盖器件的柔性材料层上，利用晶片对准设备实现模版和柔性材料层表面图形的对准；使二者紧密接触并固定后，在模版图形区域柔性材料层上的凸起被露出；接着通过等离子体刻蚀方法刻蚀柔性材料层表面的凸起，实现柔性材料层的表面平坦化。上述模版材料是硬质材料，例如氮化硅，碳化硅等非金属材料，以及铬、金、铝等金属材料，优选为碳化硅。这些材料的模版均可采用现有技术来制备。其中，碳化硅模版的制备方法可参见中国专利201110144874. O “一种光刻掩膜版及其制备方法”，如下在一衬底正面通过等离子加强化学气相淀积(PECVD)方法生长SiC薄膜，并根据柔性材料层所覆盖的器件表面的凹凸结构刻蚀该SiC薄膜，形成使凸出部分露出的模版图形；对应于SiC薄膜的模版图形区域，从衬底背面刻蚀衬底，释放出衬底正面的模版图形。具体的，碳化硅模版的制备可包括下述步骤I)在一衬底正面用PECVD方法生长SiC薄膜；2)在衬底背面形成掩膜；3)根据柔性材料层所覆盖的器件表面的凹凸结构，在衬底正面的SiC薄膜上刻蚀出使凸出部分露出的模版图形；4)对应于SiC薄膜的模版图形区域刻蚀衬底背面的掩膜，形成窗ロ ；5)通过窗ロ刻蚀或腐蚀衬底，释放出衬底正面的模版图形。上述制备碳化硅模版的方法中，所述衬底可以采用硅片、玻璃片、陶瓷片等常用衬/ 。上述步骤I)中所述SiC薄膜的厚度为100纳米到10微米步骤DPECVD生长SiC薄膜的条件优选为压カ700 1200mTorr，温度200 400°C, SiH4 20 60sccm，CH4 :200 400sccm，Ar :200 400sccm，每个周期 HF(高频电源)作用时间为10 20s，LF(低频电源)作用时间为20 30s，功率200 400W。其中HF和LF的频率通常分别为13. 56MHz和380kHz。上述步骤2)在衬底背面形成的掩膜可以是SiN、SiO2, SiC等材料的非金属膜，也可以是Au、Cr、镍镉合金、铬金合金等材料的金属膜。当然，本发明平坦化柔性材料层的方法并不限于使用碳化硅模版，其他材料的模版，如氮化硅、金属铬、金属金、金属铝模版也能获得相应的技术效果。模版加工好后，通过下述步骤实现模版和柔性材料层表面图形的对准、固定和柔性材料层的平坦化a.将覆盖有柔性材料层的待加工エ件和模版中的一个置于承片台上，另ー个置于可动夹具上，然后将二者对准；b.完成对准后，使模版和待加工エ件的柔性材料层紧密接触，并用磁铁或夹子等固定，露出柔性材料层表面的凸起；c.将固定好的整个结构置于等离子体反应腔中，刻蚀柔性材料，实现平坦化。上述步骤b固定的方式可以是把两磁铁分别放在模版和待加工エ件的背面，利用磁铁的吸力固定住模版和エ件，也可以用专用夹子夹住模版和エ件，以提供更紧密的接触。步骤c将整个结构置于等离子体反应腔室中，刻蚀柔性材料层的突起区域，最終实现整片内的柔性材料层平坦化。柔性材料层的等离子体刻蚀可采用普通刻蚀设备或深刻蚀设备。以刻蚀聚合物聚对ニ甲苯(parylene)为例，刻蚀气体为氧气，刻蚀功率可选为IO-IOOOff0本发明的技术效果本发明通过模版法实现柔性材料的平坦化，能将柔性材料层存在的2微米以上的高度差，缩减到I微米以内。
图I是实施例中碳化硅模版的加工流程示意图。图2是实施例将碳化硅模版和待处理的柔性材料层对准并固定的示意图。图3是本发明用模版实现柔性材料层表面平坦化的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明做具体说明。原始材料双面抛光的N型硅片10，电阻率2 4Q-cm，晶向〈100〉，硅片厚度为400 μ m ；在器件上覆盖柔性材料层的待处理工件。(一 )根据图I所示的エ艺流程制作碳化硅模版，包括下列步骤I、用标准半导体·エ艺中的等离子加强化学气相淀积(PECVD)设备，在硅衬底10的双面生长SiC薄膜11和12，如图1(a)所示；其中，PECVD淀积SiC薄膜的条件为压カ700 1200mTorr，温度200 400°C，SiH4 20 60sccm，CH4 :200 400sccm，Ar :200 400sccm，HF(13. 56MHz) :10 20s,LF (380kHz) :20 30s，功率200 400W。所形成的SiC薄膜厚度O. 5 μ m。
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2、根据柔性材料层所覆盖的器件表面结构，在硅片的一面(正面)光刻，ICP刻蚀正面的SiC薄膜11,形成图形13,如图I (b)所示；3、对应于正面的图形区域，在硅片的另一面(背面)光刻，ICP刻蚀背面的SiC薄膜12，形成窗ロ 14，用于KOH腐蚀，如图1(c)所示；4、将硅片置于KOH溶液中，腐蚀Si衬底10，从而释放了正面的图形线条，从而得到碳化硅模版，如图1(d)所示。(ニ)如图2所示，根据下述步骤将碳化硅模版15与待加工的柔性エ件16进行对准和固定I.将待加工エ件16通过承片台17，传送到夹具18上，并吸真空以固定，见图2(a)；2.将碳化娃模版15置于玻璃片20上,此处玻璃片20的尺寸需小于模版15的尺寸，再将它们置于承片台17上，并透过显微镜21进行图形的对准，见图2(b)；3.完成对准后，上升承片台17，使碳化硅模版15和待加工エ件16接触，并合上压片19，从而完成模版和エ件间的固定，图2(c)；4.将夹具从显微镜系统中取下，并将夹子置于模版15和待加工エ件16的边缘，或者将磁铁置于模版15和待加工エ件16的外侧面，完成固定。(三)等离子体刻蚀实现柔性材料层的表面平坦化将固定好的碳化硅模版和待加工エ件置于氧等离子体反应腔中，实现微纳米图形的加工。对准、固定、进行氧等离子体刻蚀，整个过程如图3所示。图3(a)所示的是待加工エ件16，由于表面器件的存在，柔性材料层22表面不平坦；如图3(b)所示，将碳化硅模版15置于待加工エ件16的上，并贴紧固定；然后进行氧等离子体刻蚀，见图3(c);刻蚀后，拆下碳化硅模版15，即得到柔性材料层22表面平坦化后的エ件16。本实施例采用DRIE深刻蚀设备，刻蚀气体为氧气，上下极板的功率各为500W和80W。刻蚀时间为8min，刻蚀柔性材料的深度为10 μ m,平坦化后的粗糙度在I μ m以内，可以顺利进行后续光刻。
权利要求
1.一种使柔性材料层表面平坦化的方法，所述柔性材料层生长于器件表面，首先根据柔性材料层所覆盖的器件表面的凹凸结构制备硬质模版；然后将该模版置于柔性材料层上，使二者对准、紧密接触并固定，在模版的图形区域柔性材料层上的凸起被露出；接着通过等离子体刻蚀方法刻蚀柔性材料层表面的凸起，实现柔性材料层的表面平坦化。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述模版的材料是氮化硅、碳化硅、铬、金或招。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模版为碳化硅模版，通过下述方法制备在一衬底正面通过等离子加强化学气相淀积方法生长SiC薄膜，并根据柔性材料层所覆盖的器件表面的凹凸结构刻蚀该SiC薄膜，形成使凸出部分露出的模版图形；对应于SiC薄膜的模版图形区域，从衬底背面刻蚀衬底，释放出衬底正面的模版图形。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，碳化硅模版的制备方法包括下述步骤 1)在一衬底正面用等离子加强化学气相淀积方法生长SiC薄膜； 2)在衬底背面形成掩膜； 3)根据柔性材料层所覆盖的器件表面的凹凸结构，在衬底正面的SiC薄膜上刻蚀出使凸出部分露出的模版图形； 4)对应于SiC薄膜的模版图形区域刻蚀衬底背面的掩膜，形成窗口； 5)通过窗口刻蚀或腐蚀衬底，释放出衬底正面的模版图形。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述衬底为硅片、玻璃片或陶瓷片。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述SiC薄膜的厚度为100纳米到10微米。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述模版加工好后，通过下述步骤实现模版和柔性材料层的对准、固定和柔性材料层的平坦化 a.将覆盖有柔性材料层的待加工工件和模版中的一个置于承片台上，另一个置于可动夹具上，将模版与柔性材料层表面结构对准； b.对准后，使模版和柔性材料层紧密接触并固定，柔性材料层表面的凸起露出； c.将固定好的模版和待加工工件置于等离子体反应腔中，刻蚀柔性材料，实现平坦化。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤b采用磁铁或夹子使模版和待加工工件固定。
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述柔性材料是聚对二甲苯或聚酰亚胺。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述柔性材料是聚对二甲苯，等离子体刻蚀的刻蚀气体是氧气，刻蚀功率为10-1000W。
全文摘要
本发明公开了一种使柔性材料层表面平坦化的方法，所述柔性材料层生长于器件表面，首先根据柔性材料层所覆盖的器件表面的凹凸结构制备硬质模版；然后将该模版置于柔性材料层上，使二者对准、紧密接触并固定，在模版的图形区域柔性材料层上的凸起被露出；接着通过等离子体刻蚀方法刻蚀柔性材料层表面的凸起。该方法能将柔性材料层存在的2微米以上的高度差缩减到1微米以内，实现柔性材料层的表面平坦化。
文档编号H01L21/311GK102723270SQ20121018729
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者唐伟, 孙旭明, 孟博, 张海霞, 彭旭华, 王子然 申请人:北京大学