[发明专利]一种SU-8胶微力传感器的制作方法

说明书

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技术的微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μN～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T.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(T Chu Duc，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Shell 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。

附图说明

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。