[发明专利]热解石墨基片上微结构的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电技术领域的方法，具体是一种热解石墨基片上微结构的实现方法。

背景技术

MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，所以在过去的几十年间，在硅基片上制作微小机械结构的研究得到了开展。但是，由于MEMS器件种类繁多，而且多具有可动微结构，因此它在设计、材料、加工、系统集成、封装和测试技术都提出了新的要求，这一方面形成了MEMS自己不同于IC的特点，在材料和加工方法上最典型的是非硅MEMS尤其是在玻璃基片上加工微结构。这些非硅基片及其加工方法的出现，很好满足了一些器件的特殊需求，越来越受到人们的关注，成为新的研究热点。

经对现有技术的文献检索发现，王阳元等人在《电子学报》，2002年第11期，p1577-1584上发表的文章“硅基MEMS加工技术及其标准工艺研究”，详细论述了硅基MEMS标准工艺，包括三套体硅标准工艺和一套表面牺牲层标准工艺；检索中还发现，赵小林，王西宁等人，在《微纳电子技术》，2005年第1期，p30-32，上发表的文章“双层悬空结构射频微电感制作研究”，给出了在玻璃基片上制作双层悬空微结构的实例并给出相应的工艺流程。但是，关于在热解石墨基片上进行微结构加工的方法及成型器件还未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种热解石墨基片上微结构的实现方法，使其针对热解石墨优异的抗磁性能在微结构中的应用可能性，同时解决现有微机电系统中通常只采用在硅或玻璃等常见基片上进行微结构的制作的问题，为实现利用热解石墨特殊且较强的抗磁性能进行器件制作提供微细加工方法的支持，具有基片材料新颖，加工器件具有特殊性能等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

第一步，采用传统正胶工艺以及SU8负胶和准LIGA技术，采用热解石墨作为基片，在加工前对基片做平整化、清洗、绝缘化以及再清洗等准备工作；

第二步，在热解石墨基片的一面做光刻用对准标记，称之为背面对准标记，以后每层结构的光刻均使用双面曝光的光刻机，同时背面对准标记进行对焦，通过多层套刻，实现多层结构或高深宽比结构；

第三步，热解石墨在基片经过准备工作以及背面做好背面对准标记后，在基片的另一面为正面，溅射金属薄膜作为种子层，在种子层上甩正胶，光刻、显影后，制作电镀结构层的模具；

第四步，在电镀结构层的模具中的种子层上电镀结构层，经两次甩正胶、光刻、显影和电镀后，去正胶、超声清洗、溅射氧化铝，而后研磨基片并做清洁处理；

第五步，在氧化铝上溅射金属薄膜作种子层，再在种子层上甩SU8负胶，通过光刻、显影和电镀，去SU8负胶，去氧化铝，实现热解石墨上制作高深宽比微结构。

本发明的热解石墨基片上，无论采用正胶工艺、SU8负胶工艺，或者两者结合，都可以在基片上面实现制造不同高度、宽度，且结构层间相对位置精度高、结合力强的微结构，再利用热解石墨基片的特殊抗磁性能，结合制作的微结构，达到所需功能器件的实现。

热解石墨是用碳氢化合物气体(甲烷、丙烷等)在加热的固体表面上热解而沉积下来的一种各向异性很强的新型石墨，又叫做定向石墨。这种石墨不仅具有很高的纯度和接近理论值的密度，而且具有独特的电学上和热学上的各向异性。在本发明中，正是因为热解石墨具有优异的导电性，为避免其与导电结构层发生不必要的短路，在其上实现加工微结构的首要工作是要对其进行绝缘化处理，仅仅利用其优异的抗磁性能。

由于利用正胶来加工微结构，可实现的深宽比有限，为了实现高深宽比或多层垒加结构，需要进行多层套刻。为保证多层套刻的精确度，减少层间误差，需要有可利用的对准标记。在本发明中，由于采用的是具有双面曝光的光刻机，同时考虑正面对准图案面临被种子层或结构层掩盖的可能性，最终采用背面对准标记加以辅助，主要是通过在基片背面溅射一层种子层，在通过光刻、刻蚀工艺直接利用种子层制作对准标记，工艺步骤简单。再者，为保护背面对准标记在后续一系列工艺过程中不被损坏，本发明在背面对准标记上溅射保护层，如氧化铝，加以保护。