[发明专利]一种增强聚对二甲苯薄膜与硅粘附性的方法

说明书

本发明涉及一种增强聚对二甲苯薄膜与硅粘附性的方法，包括以下步骤：1)在待增强粘附性的硅衬底表面进行光刻定义铆钉阵列图形；2)在硅衬底正面进行深硅刻蚀至一定深度，形成铆钉阵列结构；3)去除硅衬底表面残余的光刻胶；4)在硅衬底表面淀积一定厚度的聚对二甲苯，形成平整的聚对二甲苯覆盖层，完成制备。通过深硅刻蚀工艺形成用于增加硅衬底比表面积的铆钉阵列结构，使聚对二甲苯薄膜与硅的粘附力得到显著增强。该方法采用了与现有规模制造工艺兼容的聚对二甲苯微机电系统工艺，适用于制备高性能柔性硅基电子器件，使硅基电子器件与聚对二甲苯柔性裹覆材料在反复弯折变形的过程中不易分层或脱离，保证了柔性硅基电子器件的可靠稳定工作。

技术领域

本发明涉及微纳加工领域，具体涉及一种增强聚对二甲苯 (Parylene)薄膜与硅粘附性的方法。

背景技术

柔性电子技术已掀起世界范围的电子技术革命，被认为是电子行业的未来。其中，柔性衬底材料是实现柔性电子器件互连和封装的重要组成部分。目前被广泛应用于柔性电子领域的柔性/弹性衬底材料包括聚对二甲苯(Parylene)、聚酰亚胺(Polyimide)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和金属薄膜等。其中，聚对二甲苯凭借其室温化学气相沉积(CVD)的淀积方式、极薄而无针孔的淀积效果、无色透明、优异的力学性能、电绝缘性、生物兼容性和微加工工艺的兼容性等特点，成为柔性电子，特别是与集成电路工艺兼容的高性能硅基柔性电子制备方案的绝佳材料。因此，在柔性硅基电子器件中，硅衬底与聚对二甲苯薄膜之间的粘附性将直接影响器件的机械可靠性和循环稳定性。然而，聚对二甲苯的化学惰性强、表面能低，通常不存在用于形成分子内键的活性位点，导致其与硅表面的粘附性差，易从硅衬底上脱落。

目前，在淀积前使用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174) 对硅进行表面预处理是增强聚对二甲苯薄膜与硅粘附性通常采用的方法。A-174硅烷偶联剂通过化学方式粘附在硅表面上，精确提供一种不均匀，有缺陷的表面，刺激聚对二甲苯的附着，有助于聚对二甲苯在CVD过程中更加保形地与所产生的表面空腔和缝隙结合。这种方法形成的过渡层的面积依赖于硅衬底的比表面积，其带来的聚对二甲苯薄膜粘附性仍然有进一步提高的空间。

为此，需要发明一种改进的工艺方法，利用聚对二甲苯的保形淀积性和微纳加工手段进一步增强聚对二甲苯薄膜与硅的粘附性，从而提高由聚对二甲苯裹覆的柔性硅基电子器件在动态变形过程中的力学可靠性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于微机电系统工艺(MEMS工艺)增强聚对二甲苯薄膜与硅粘附性的方法。通过硅深刻蚀工艺在硅衬底上制备铆钉阵列结构，增加硅衬底与聚对二甲苯粘合的比表面积，利用聚对二甲苯的保形淀积性提高聚对二甲苯与硅衬底的粘附力。该方法与MEMS工艺兼容，所制备的铆钉阵列结构的图形可以在版图中进行多样化设计，以合理利用硅基电子器件的有效器件面积，是一种可操作性强、适用性广的聚对二甲苯与硅粘附性增强方法。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种增强聚对二甲苯薄膜与硅粘附性的方法，包括以下步骤：

1)在待增强粘附性的硅衬底表面进行光刻定义铆钉阵列图形；

2)在硅衬底正面进行深硅刻蚀至一定深度，形成铆钉阵列结构；

3)去除硅衬底表面残余的光刻胶；

4)在硅衬底表面淀积一定厚度的聚对二甲苯，形成平整的聚对二甲苯覆盖层，完成制备。

进一步地，步骤1)中所述硅衬底为4寸P型100单抛硅片。

进一步地，步骤1)中所述铆钉阵列图形为正方形、“口”字形、“十”字形、圆形或圆环形。

进一步地，所述正方形的边长为2μm。