专利名称：一种su-8胶微力传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于微机电系统技术领域中的微传感器，涉及到一种SU-8胶微力传感器的制作方法。
背景技术：
MEMS传感器的主要加工技术沿用半导体制造工艺，它的基底材料除了常用的硅材料外，还有石英、GaAs聚合物和金属材料等。更重要的是，由于MEMS传感器的核心——敏感元件或有活动部件或需要与工作介质接触，这导致一些设计和封装与传统的微电子相比， 更为复杂。MEMS传感器封装工艺和测试标定的费用约占产品总成本的80%以上，由于其封装形式的多样性和特殊性，也导致了 MEMS传感器的标准化制定工作更加困难。微力传感器作为MEMS中一种重要的传感器在当今社会中得到广泛的应用，按其工作原理划分，微力传感器主要有电容式、压电式、压阻式等，与目前的商用力传感器相比，基于MEMS技术力传感器具有以下两个特点一是微力传感器本身的尺寸为微米或毫米量级，能够满足在微尺度环境下工作的要求；二是微力传感器主要用于μ N mN量级的微力测量。目前基于MEMS工艺加工的压阻式微力传感器主要是利用硅掺杂工艺来完成，荷兰代尔夫特理工大学的Τ. Chu Duc等人利用半导体硅掺杂工艺制作出了一款可以测量两个方向力的微力传感器(Τ Chu Due, J F Creemer, and P M Sarro. Lateral nano-Newton force-sensing piezoresistive cantilever for microparticle handling. IOP science, 2006 :102-106.)，但硅的掺杂浓度不容易控制，而且制作工艺的周期比较长，成本较高。SU-8胶是一种近紫外负性光刻胶，最先是由IBM公司在上世纪80年代末发明，其主要作用是可以在厚光敏聚合物上制造出高深宽比的结构。光刻胶中的主要成分是SU-8环氧树脂(由Siell Chemical公司出品)。远小于硅的弹性模量和良好的生物兼容性，使得 SU-8胶可以作为微力传感器的制作材料，而且还可以用于某些生物力的测量。
发明内容
本发明提供了一种达到硅材料同样性能的材料的制作方法一一种SU-8胶微力传感器的制作方法，本发明选择光刻胶为SU-8胶，此材料具有小的弹性模量和良好的生物兼容性，使得其性能和半导体硅材料的微力传感器相当，而且工艺步骤简单，加工成本较低， 加工周期短，可批量生产。本发明的技术方案包括以下步骤(1)第一次涂胶在硅片上生长一层氧化层，然后旋涂一层Omnicoat胶，所述的硅片为单晶硅片或多晶硅片，可以用玻璃代替硅片与氧化层作为衬底。在不使用Omnicoat胶时，可直接使用氧化层作为牺牲层。(2)第二次涂胶在Omnicoat胶上旋涂一层SU-8胶。(3)第一次曝光、显影采用紫外线曝光，实现图形从掩模板A到SU-8胶上的转移，然后用SU-8胶专用显影液对曝光后的SU-8胶进行显影，得到SU-8胶结构体。
(4)溅射在SU-8胶结构体上溅射一层金属。金属可以是铜、金、钛或镍。(5)第三次涂胶在铜层上旋涂一层正胶。(6)第二次曝光、显影采用紫外线曝光，实现图形从掩模板B到正胶上的转移，然后用正胶显影液对曝光后的正胶进行显影，得到正胶结构体。(7)腐蚀、释放以正胶结构体为掩模，用硝酸溶液对金属铜层进行腐蚀，得到电极和压阻结构层。采用丙酮溶液腐蚀掉Omnicoat胶和正胶结构体。本发明的效果和益处是该微力传感器采用SU-8胶为材料，生物兼容性好，非常适合用于生物力的测量。采用栅状结构制作的压阻能够达到很大阻值，SU-8胶的弹性模量比其他半导体材料要小的多，使其在受到很小的力的时候就能产生很大的变形，并且，本发明为整体结构，无需装配，制作简单。
图1为本发明的工艺流程图。图2为采用本发明制作的微力传感器的三维结构图。图中1硅片；2 二氧化硅层；3第一次旋涂的Omnicoat胶层；4第二次旋涂的SU-8胶；5第一次曝光用的掩模板A ；6第一次显影后的SU-8胶结构层；7溅射的金属层；8第三次旋涂的正胶层；9第二次曝光用的掩模板B ；10第一次显影后的正胶结构层；11腐蚀后的电极和压阻结构层；12传感器的SU-8胶结构体；13压阻；14电极。
具体实施方案以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。如图1(a)所示，将硅片1通过标准清洗液清洗后，放入氧化炉内进行升温，并按一定顺序通入干氧和湿氧，使得硅片的表面生成一层致密的二氧化硅层2，作为衬底。如图 1(b)所示，旋涂一层Omnicoat胶层3，通过控制甩胶机的转速和时间，使得其厚度达到Ium 左右，然后放在热板上120°C烘30分钟。如图1(c)所示，旋涂一层SU-8胶层4，通过控制甩胶机的转速和时间，使其厚度达到25um左右，静置一段时间后，放在热板上进行前烘，然后缓慢降温静置。如图1 (d)所示，将掩模板5放置在SU-8胶层4上并对准，采用紫外线曝光，实现掩模板5上的图形向SU-8胶层4的转移。如图1(e)所示，将曝光后的SU-8胶层 4进行一定时间的后烘，然后用SU-8胶专用显影液进行显影，得到SU-8胶结构层6。如图 1 (f)所示，在SU-8结构层6上溅射一层金属层7，通过控制溅射的功率和时间，使其厚度达到150nm左右。如图1(g)所示，在金属层7上旋涂一层正胶层8，通过控制甩胶机的转速和时间，使其厚度达到1. 5um，然后放在热板上85°C烘30分钟。如图1(h)所示，将掩模板9放置在正胶层8上并对准，采用紫外线曝光，实现掩模板9上的图形向正胶层8的转移。如图 l(i)所示，采用氢氧化钠溶液对正胶层8进行显影，得到正胶结构层10。如图l(j)所示， 以正胶结构层为掩模，用硝酸溶液对金属层7进行腐蚀，得到电极和压阻的结构层11。如图 1 (k)所示，用丙酮溶液腐蚀掉Omnicoat胶层3，使得SU-8结构层6从二氧化硅层2上掉落下来，同时丙酮也腐蚀掉正胶结构层10。
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如图1所示，工艺流程步骤如下(a)用硅片1作为基底，对其进行清洗、单面氧化，在其表面生成一层二氧化硅层 2 ；(b)在二氧化硅层2上旋涂一层Omnicoat胶层3，控制甩胶机的转速和时间，使其
达到一定厚度；(c)在Omnicoat胶层上旋涂一层SU_8胶层4，控制甩胶机的转速和时间，使其达
到一定厚度；(d)将掩模板5放置在SU-8胶层4上并对准，采用紫外线曝光工艺，实现掩模板5 上传感器结构层图形向SU-8胶层4的转移；(e)使用SU-8胶专用显影液对SU_8胶层4进行显影，得到传感器的SU_8胶结构层6 ；(f)在传感器的SU-8胶结构层6上溅射一层金属层7，控制溅射功率和时间，使金属层达到一定的厚度；(g)在金属层7上旋涂一层正胶层8，控制甩胶机的转速和时间，使其达到一定厚度；(h)将掩模板9放置在正胶层8上并对准，采用紫外线曝光工艺，实现掩模板9上金属层图形向正胶层8的转移；(i)使用正胶显影液对正胶层8进行显影，得到正胶结构层10 ；(j)以正胶结构层10为掩模，使用硝酸溶液来腐蚀金属层10，得到电极和压阻结构层11 ；(k)使用丙酮溶液腐蚀Omnicoat胶层3，使得传感器的SU-8胶结构层6与衬底二氧化硅层2分离，同时腐蚀掉正胶结构层10。通过上述工艺制作的微力传感器结构图如图2所示。
权利要求
1.一种SU-8胶微力传感器的制作方法，其特征包括以下步骤(1)第一次涂胶在硅片上生长一层氧化层，然后旋涂一层Omnicoat胶，所述的硅片为单晶硅片或多晶硅片，可以用玻璃代替硅片与氧化层作为衬底；(2)第二次涂胶在Omnicoat胶上旋涂一层SU-8胶；(3)第一次曝光、显影采用紫外线曝光，实现图形从掩模板A到SU-8胶上的转移，然后用SU-8胶专用显影液对曝光后的SU-8胶进行显影，得到SU-8胶结构体；(4)溅射在SU-8胶结构体上溅射一层金属；(5)第三次涂胶在铜层上旋涂一层正胶；(6)第二次曝光、显影采用紫外线曝光，实现图形从掩模板B到正胶上的转移，然后用正胶显影液对曝光后的正胶进行显影，得到正胶结构体；(7)腐蚀、释放以正胶结构体为掩模，用硝酸溶液对金属铜层进行腐蚀，得到电极和压阻结构层；采用丙酮溶液腐蚀掉Omnicoat胶和正胶结构体。
2.根据权利要求1所述的一种SU-8胶微力传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤 (1)中在不使用Omnicoat胶时，直接使用氧化层作为牺牲层。
3.根据权利要求1所述的一种SU-8胶微力传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤 (4)中的金属是铜、金、钛或镍。
全文摘要
本发明公开了一种SU-8胶微力传感器的制作方法，属于微机电系统技术领域中的微传感器。其特征包括以下步骤采用硅作为衬底，Omnicoat胶为粘结层和牺牲层，第一次曝光显影制作出SU-8胶结构体，然后进行溅射，第二次曝光显影制作出正胶掩模，来腐蚀金属层，最后再进行释放。制作出来的传感器通过两个电极与外围电路连接成为惠斯顿电桥，将电阻变化量转换为电压变化量，以此来测量作用力的大小。本发明选择的光刻胶为SU-8胶，此材料的弹性模量小，使得其性能和半导体硅材料的微力传感器相当，而且具有良好的生物兼容性，工艺步骤简单，加工成本较低，加工周期短，可批量生产。
文档编号B81C1/00GK102249181SQ20111007558
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者张然, 褚金奎, 陈兆鹏 申请人:大连理工大学