专利名称：微结构保角性转移方法
技术领域：
本发明属于微电子领域，涉及ー种薄膜转移方法，特别是涉及ー种微结构保角性转移方法。
背景技术：
近年来，随着人们对便携式电子器件的技术要求的提高，柔性电子技术的迅速发展而受到广泛关注，成为研究及应用热点。柔性电子技术就是将传统刚性衬底上的薄膜材料以及功能器件转移至柔性衬底，从而到达可弯曲、可拉伸甚至可折叠的技术要求。在柔性技术中，首先将传统刚性衬底上的图形化微型结构，尤其是微米带转移至柔性衬底；其次利用传统的エ艺技术条件利用柔性衬底上的图形化微型结构制作柔性电子 器件。在这ー过程中，要求刚性衬底上的图形化的微米带结构在转移至柔性衬底上后，其排列次序不变，即实现保角性转移。由此可见，如何将排列整齐的硅微型结构保角性转移至柔性衬底显得格外重要。最初的柔性技术中，并没有对保角性转移做出特别要求。传统的转移方法，在腐蚀掉中间埋氧层的时候，顶层纳米薄膜材料会落至硅衬底上并与其接触，两者之间以范德瓦耳斯カ相连接。在腐蚀完埋氧层、顶层纳米薄膜落至硅衬底上的过程中，会导致图形阵列的偏移，同时，在腐蚀完毕最终从HF酸或BOE溶液中取出的时候，由于溶液的表面张カ较大，会导致仅仅依靠较微弱的范德瓦耳斯カ相连接的纳米薄膜与硅衬底之间发生相对滑移，再一次导致图形阵列偏移。然而随着柔性技术的发展，保角性转移越来越受到人们的关注。目前，实现微米带保角性转移的主要方法是通过多步光刻及刻蚀，利用光刻胶作为围墙来固定图形化微米帯。由于多步光刻甚至套刻的エ艺以及多步刻蚀导致该过程较为复杂，在エ业上造成成本较高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微结构保角性转移方法，用于解决现有技术中微结构保角性转移エ艺复杂、成本较高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种保角性转移方法，所述保角性转移方法至少包括以下步骤I)提供XOI衬底，所述XOI衬底自下而上依次为底层硅、埋氧层及顶层X纳米薄膜；2)在所述顶层X纳米薄膜上涂覆预设图形的光刻胶，所述预设图形为哑铃状；3)对所述顶层X纳米薄膜进行刻蚀以将所述顶层X纳米薄膜进行图案化，形成预设图形的微结构；所述微结构包括两端区域及连接于所述两端区域之间的中间图形；4)采用湿法腐蚀将所述埋氧层进行腐蚀，直至所述中间图形部分完全悬空，且所述两端区域以下仍有部分未被完全腐蚀掉的埋氧层；5)提供一基板，将所述基板与所述微结构相接触，并迅速提起以将所述微结构自所述未被腐蚀掉的埋氧层处撕裂并转移到所述基板上，所述微结构两端区域与所述未被完全腐蚀掉的埋氧层相接触的部分留在所述未被完全腐蚀掉的埋氧层上。可选地，所述刻蚀采用反应离子刻蚀。可选地，所述顶层X纳米薄膜的X为硅、锗或II1-V族化合物。可选地，所述顶层X纳米薄膜的厚度范围为10nnT200nm。可选地，所述基板为柔性衬底。可选地，所述柔性衬底的材料为聚ニ甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酷、聚酰亚胺或蚕丝蛋白。
可选地，所述中间图形为微米带或亚微米帯。可选地，所述中间图形的宽度范围为liinT500iim。可选地，所述湿法腐蚀采用氢氟酸或BOE溶液。如上所述，本发明的微结构保角性转移方法，具有以下有益效果将待转移的微结构设计为哑铃状，由于微结构两端区域尺寸相较于中间图形尺寸较大，而氢氟酸腐蚀埋氧层时腐蚀速度是各向同性的，所以在氢氟酸侧向腐蚀纳米薄膜底下的埋氧层时，较小尺寸的中间图形下面的埋氧层会优先腐蚀完毕，而较大尺寸的两端区域下面依然会有部分埋氧层存在，形成固定结来固定微结构，避免了腐蚀完毕后所引起的图形滑移以及从腐蚀液中取出时由于溶液的表面张カ所引起的排列次序混乱，从而实现保角性转移。本发明的微结构保角性转移方法利用简易的端点固定图形化设计，对微结构纳米薄膜进行固定，实现完全保角性转移，大大的降低了保角性转移エ艺的复杂度，降低了エ艺成本。
图1显示为本发明的微结构保角性转移方法中XOI衬底的结构示意图。图2显示为本发明的微结构保角性转移方法中涂覆预设图形光刻胶的示意图。图3显示为本发明的微结构保角性转移方法中对顶层X纳米薄膜进行刻蚀形成预设图形微结构的示意图。图4显示为本发明的微结构保角性转移方法中将埋氧层进行腐蚀之后得到的结构的示意图。图5显示为本发明的微结构保角性转移方法中将基板与微结构相接触的示意图。图6显示为本发明的微结构保角性转移方法中将微结构转移到基板上的示意图。图7显示为本发明的微结构保角性转移方法中将微结构转移到基板上之后微结构两端区域有部分残留在未被完全腐蚀掉的埋氧层上的示意图。元件标号说明I底层硅2埋氧层3顶层X纳米薄膜4光刻胶5微结构6未被完全腐蚀掉的埋氧层7基板
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。请參阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为ー种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本发明提供一种微结构保角性转移方法，所述方法至少包括以下步骤步骤I)，请參阅图1，如图所示，提供一 XOI衬底，所述XOI衬底自下而上依次为底 层硅1、埋氧层2及顶层X纳米薄膜3。具体的，所述顶层X纳米薄膜中的X为硅、锗、II1-V族化合物等半导体材料。对于顶层X纳米薄膜中的X为硅的情况，此时所述XOI衬底即为SOI衬底。所述顶层X纳米薄膜3的厚度范围为10nnT200nm。步骤2)，请參阅图2，如图所示，在所述顶层X纳米薄膜3上涂覆预设图形的光刻胶4作为掩膜，所述预设图形为哑铃状。此处需要说明的是，所述哑铃状是指图形两头尺寸大、中间尺寸小，但两头及中间的具体图形可根据需要改变。步骤3)，请參阅图3，如图所示，利用干法刻蚀技术对所述顶层X纳米薄膜3进行刻蚀，以将所述顶层X纳米薄膜进行图案化，形成预设图形的微结构5。由于所述光刻胶4的形状为哑铃状，因此刻蚀得到的微结构5也为哑铃状，所述微结构5包括两端区域及连接于所述两端区域之间的中间图形。如上所述，所述哑铃状图形两端及中间的具体图形可根据需要改变，其中所述中间图形可为微米带或亚微米带等，本实施例中要转移的微结构以微米带为例进行说明，因此所述中间图形设计为微米带结构，即为矩形，在其它实施例中，也可根据需要转移的薄膜形状将所述中间图形设计为其它形状。另外，在本实施例中为了方便起见，所述微结构5的两端区域设计为方形，在其它实施例中也可设计为其它形状，只要满足两端区域与中间图形部分组合起来为哑铃状即可。具体到本实施例中，需满足所述微结构5的两端区域方形边长大于中间图形矩形的短边长。具体的，所述刻蚀采用反应离子刻蚀法。步骤4)，请參阅图4，如图所示，采用湿法腐蚀将所述埋氧层2进行腐蚀，直至所述微结构5的中间图形部分完全悬空，且所述微结构5的两端区域以下仍有部分未被完全腐蚀掉的埋氧层6。具体的，所述湿法腐蚀采用氢氟酸或BOE溶液(氧化物蚀刻缓冲液)。本实施例中将以氢氟酸为例进行说明。氢氟酸腐蚀的目的是为了让所述微结构5能够进行转移。氢氟酸腐蚀之前，所述微结构5与所述埋氧层2之间牢固結合，因此需要破坏这种结合才能进行转移。本实施例中，所述埋氧层2的材料为ニ氧化硅，能够被氢氟酸溶解掉。图形化的微结构5能够在纵向上阻挡氢氟酸腐蚀其对应顶部位置的埋氧层，但是没有微结构阻挡的区域就会被氢氟酸腐蚀，随着该区域埋氧层的腐蚀，氢氟酸从该区域向所述微结构以下埋氧层两侧开始腐蚀。由于所述微结构5两端区域尺寸相较于中间图形尺寸较大，而氢氟酸腐蚀埋氧层时腐蚀速度是各向同性的，所以在氢氟酸侧向腐蚀所述微结构5以下的埋氧层时，较小尺寸的中间图形下面的埋氧层会优先腐蚀完毕，而较大尺寸两端区域下面依然会有部分未被完全腐蚀掉的埋氧层6存在，所述未被完全腐蚀掉的埋氧层6形成固定结来固定所述微结构5。这样在氢氟酸溶液中所述微结构5不会发生滑移，并且将腐蚀完毕之后的结构从氢氟酸溶液中取出时所述微结构5也不会因为溶液表面的张カ而发生移动。对于阵列型的微结构，也能保证阵列中各単元之间的相对位置不发生改变。步骤5)，请參阅图5、图6及图7，如图5所示，提供一基板7，将所述基板7与所述微结构5相接触。由于范德瓦耳斯力，所述微结构5会紧贴在所述基板7上，此时迅速提起所述基板7，所述微结构5将转移到所述基板7上。由于固定结即部分未被完全腐蚀掉的埋氧层6的存在，所述微结构5的两端区域中间部分与部分未被完全腐蚀掉的埋氧层6牢固 接触，所述基板7与所述微结构5之间的范德瓦耳斯力不足以将其转移到所述基板7上，所以所述微结构5将从所述未被完全腐蚀掉的埋氧层6处撕裂。请參阅图6，显示为微结构5转移到所述基板7上的示意图，所述微结构5两端区域中间部分未转移，形成空心结构。再请參阅图7，显示为将转移之后所述微结构5两端区域有部分残留在未被完全腐蚀掉的埋氧层6上的示意图。在上述转移过程中，由于两端固定结(未被完全腐蚀掉的埋氧层6)的作用，所述微结构5能实现保角性转移。需要指出的是，两端固定结(未被完全腐蚀掉的埋氧层6)的实际形状不一定如图7中所示为方形，在腐蚀过程中，其棱角会变得圆滑。具体的，所述基板7为柔性衬底，所述柔性衬底具有柔软、弾性或塑性的特点，所述柔性衬底7的材料可以为聚ニ甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯ニ甲酸こニ酯(PET)或蚕丝蛋白，但并不限于以上几种。至此，成功将所述微结构5从刚性衬底(底层硅及埋氧层)上转移至柔性衬底，随后可以利用传统的低温エ艺技术条件再柔性衬底上的微结构上制作柔性电子器件。本实施例中，即在所述微结构5的中间图形部分微米带上制作柔性电子器件。本发明的微结构保角性转移方法中，所述微结构的中间图形的宽度范围为Iu nTSOOym，此处所述中间图形的宽度指的是垂直于两端区域与中间图形连线方向上中间图形各处的尺寸，具体到本实施例中，所述中间图形的宽度指的是微米带的短边长。需要指出的是，本实施例中为了方便起见，所述微结构以ー个微米带为例进行说明本发明的微结构保角性转移方法，但对于微米带阵列或其它图形阵列，同样在本发明的微结构保角性转移方法的保护范围内。综上所述，本发明的微结构保角性转移方法将待转移的微结构设计为哑铃状，由于微结构两端区域尺寸相较于中间图形尺寸较大，而氢氟酸腐蚀埋氧层时腐蚀速度是各向同性的，所以在氢氟酸侧向腐蚀纳米薄膜底下的埋氧层时，较小尺寸的中间图形下面的埋氧层会优先腐蚀完毕，而较大尺寸的两端区域下面依然会有部分埋氧层存在，形成固定结来固定微结构，避免了腐蚀完毕后所引起的图形滑移以及从腐蚀液中取出时由于溶液的表面张カ所引起的排列次序混乱，从而实现保角性转移。本发明的微结构保角性转移方法利用简易的端点固定图形化设计，对微结构纳米薄膜进行固定，实现完全保角性转移，大大的降低了保角性转移エ艺的复杂度，降低了エ艺成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所掲示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种微结构保角性转移方法，其特征在于，至少包括以下步骤 1)提供XOI衬底，所述XOI衬底自下而上依次为底层硅、埋氧层及顶层X纳米薄膜； 2)在所述顶层X纳米薄膜上涂覆预设图形的光刻胶，所述预设图形为哑铃状； 3)对所述顶层X纳米薄膜进行刻蚀以将所述顶层X纳米薄膜进行图案化，形成预设图形的微结构；所述微结构包括两端区域及连接于所述两端区域之间的中间图形； 4)采用湿法腐蚀将所述埋氧层进行腐蚀，直至所述中间图形完全悬空，且所述两端区域以下仍有部分未被完全腐蚀掉的埋氧层； 5)提供一基板，将所述基板与所述微结构相接触，并迅速提起以将所述微结构自所述未被腐蚀掉的埋氧层处撕裂并转移到所述基板上，所述微结构两端区域与所述未被完全腐蚀掉的埋氧层相接触的部分留在所述未被完全腐蚀掉的埋氧层上。
2.根据权利要求1所述的微结构保角性转移方法，其特征在于所述刻蚀采用反应离子刻蚀。
3.根据权利要求1所述的微结构保角性转移方法，其特征在于所述顶层X纳米薄膜的X为硅、锗或II1-V族化合物。
4.根据权利要求1所述的微结构保角性转移方法，其特征在于所述顶层X纳米薄膜的厚度范围为10nnT200nm。
5.根据权利要求1所述的微结构保角性转移方法，其特征在于所述基板为柔性衬底。
6.根据权利要求5所述的微结构保角性转移方法，其特征在于所述柔性衬底的材料为聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯或蚕丝蛋白。
7.根据权利要求1所述的微结构保角性转移方法，其特征在于所述中间图形为微米带或亚微米带。
8.根据权利要求1所述的微结构保角性转移方法，其特征在于所述中间图形的宽度范围为 I μ πΓ500 μ m。
9.根据权利要求1所述的微结构保角性转移方法，其特征在于所述湿法腐蚀采用氢氟酸或BOE溶液。
全文摘要
本发明提供一种微结构保角性转移方法，至少包括以下步骤提供一自下而上依次为底层硅、埋氧层及顶层X纳米薄膜的XOI衬底，在所述顶层X纳米薄膜上涂覆哑铃状的光刻胶作为掩膜，进行刻蚀得到哑铃状的微结构；然后利用氢氟酸溶液或者BOE溶液将所述埋氧层进行腐蚀，直至所述微结构中间图形微米带部分完全悬空，且所述两端区域以下仍有部分未被完全腐蚀掉的埋氧层，形成固定结，最后提供一基板与所述微结构相接触，并迅速提起基板以将所述微结构转移到所述基板上。本发明的微结构保角性转移方法利用简易的端点固定图形化设计，对微结构纳米薄膜进行固定，实现完全保角性转移，大大的降低了保角性转移工艺的复杂度，降低了工艺成本。
文档编号H01L21/02GK103021818SQ201210593568
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者狄增峰, 郭庆磊, 张苗, 魏星, 薛忠营, 母志强, 戴佳赟 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所