CN117800278A - 一种硅基柔性悬膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅基柔性悬膜及其制备方法，属于MEMS制造技术领域，包括硅晶圆和柔性电极，所述柔性电极与硅晶圆通过胶键合连接；所述柔性电极包括柔性衬底和单层导电层或柔性衬底和多层导电层、介电层。本发明通过单端固支电极或双端固支电极，与硅片相集成，有利于与硅基集成电路连接，降低器件尺寸及拓展应用。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS制造技术领域，更具体地说，涉及一种硅基柔性悬膜及其制备方法。
背景技术
柔性电极目前被广泛的应用于人体生理信息的检测中，例如，侵入式检测血糖，贴附于人体表面监测汗液中微量离子，以及通过施加电压提取间质液检测乳酸等等。
传统柔性电极的制备方法有丝网印刷，化学镀膜、转印等，丝网印刷由于其对准精度较差，一般不适用制备多层电极；化学镀膜需要复杂的化学处理，过程复杂；转印需要复杂的模具制备以及印浆的调制过程；
同时，常规器件往往需要在制备好柔性电极后设计电路接口，再与信号处理电路部分相连接，例如，FPC制备的柔性电极需要设计插口再与PCB板上的信号处理芯片相连接，这样使得贴附于皮肤的柔性电极需要额外设计两端的固定方式，这对于柔性电极相关器件的小型化和应用是不利的。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本申请的主要目的在于，通过单端固支电极或双端固支电极，与硅片相集成，有利于与硅基集成电路连接。为实现上述发明目的，本申请采用如下技术方案：
根据本申请的一个方面，提供了一种硅基柔性悬膜，包括硅晶圆和柔性电极，所述柔性电极与硅晶圆通过胶键合连接。
可选地，所述柔性电极采用单端固支梁结构，形成侵入人体监测信号的单端固支电极。
可选地，所述柔性电极采用双端固支梁结构，形成监测人体信号的双端固支电极，所述双端固支电极通过两端硅固定于人体皮肤表面。
可选地，所述柔性电极包括柔性衬底和导电层，所述导电层设置为单层或若干层。
可选地，所述柔性电极包括柔性衬底、导电层和介电层，所述导电层和介电层均设置成若干层，若干层导电层和若干层介电层以层层堆叠制备的方式间隔分布。
根据本申请的另一个方面，提供了一种硅基柔性悬膜的制备方法，用于制备上述任一项所述的硅基柔性悬膜，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、通过热氧化在硅晶圆表面和背面制备氧化硅层；
S2、旋涂光敏型键合胶，进行曝光、显影后键合柔性衬底；
S3、在柔性衬底表面镀膜、光刻、刻蚀制备导电层；
S4、通过涂覆绝缘光刻胶，曝光，显影制备介电层；
S5、在硅晶圆背面旋涂光刻胶，光刻，刻蚀氧化硅形成背面掩膜，对硅晶圆进行刻蚀，释放悬膜，形成单端固支或双端固支；
S6、通过激光切割，去除键合区以外的柔性衬底；
S7、通过激光或者水刀划片，进行硅晶圆分离，制备单个硅基柔性悬膜电极。
可选地，所述的步骤S1中硅晶圆厚度为150～500μm，氧化硅层厚度为0.5μm～5μm；
所述步骤S4中的绝缘光刻胶包括PMMA光刻胶、光敏型PI胶。
可选地，所述步骤S2中：
光敏型键合胶包括PMMA光刻胶、光敏型PI胶，光敏性BCB胶；
柔性衬底包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯。
可选地，所述步骤S3中：
所述镀膜方法为电子束蒸发或磁控溅射；
所述导电层材料为金、银、铂、铝、铜、铬、钛中的某一种或者几种组成的合金，导电层厚度为10nm～1000nm；
所述导线层材料为铝、铬、铂时，刻蚀方法采用干法刻蚀；
所述导线层材料为金、银、铜、钛时，刻蚀方法采用湿法腐蚀。
可选地，所述步骤S5中光刻胶厚度为5μm～10μm，对氧化硅的刻蚀方法为干法刻蚀，对硅晶圆进行刻蚀的方法为深硅刻蚀或者四甲基氢氧化胺腐蚀；
所述步骤S6中激光切割的功率为15瓦皮秒～45瓦皮秒。
由上述技术方案可知，本申请的一种硅基柔性悬膜及其制备方法的优点和积极效果在于：
1、提高传统柔性电极的制造精度；
2、提供了常规柔性电极硬性固定端；
3、通过单端固支电极或双端固支电极，与硅片相集成，有利于与硅基集成电路连接，降低器件尺寸及拓展应用；
4、制造简单、生产成本低，可以大规模生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为适用于本发明实施例1提出的一种硅基柔性悬膜电极横截面图。
图2为适用于本发明实施例1提出的一种硅基柔性悬膜制备的工艺流程图。
图3为适用于本发明实施例2提出的一种硅基柔性悬膜电极横截面图。
图4为适用于本发明实施例2提出的一种硅基柔性悬膜制备的工艺流程图。
图5为适用于本发明实施例3提出的一种硅基柔性悬膜电极横截面图。
附图标记说明
1、硅晶圆；2、氧化硅层；3、键合胶层；4、柔性衬底；5、导电层；6、介电层；
5a、第一导电层；5b、第二导电层；5c、第三导电层；
6a、第一介电层；6b、第二介电层；6c、第三介电层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参照说明书附图1、2，本实施例提供一种硅基柔性悬膜，包括硅晶圆1、氧化硅层2、键合胶层3、和柔性电极。
根据本实施例的一个方面，请参照说明书附图1，对本实施例中的柔性电极进行详细的说明，柔性电极一端悬空，形成悬空的单端固支电极，并且悬空的单端固支电极侵入人体监测信号，另一端与硅晶圆1通过光敏型键合胶连接，从而在硅晶圆1和柔性电极之间形成键合胶层3；
根据本实施例的另一个方面，请参照说明书附图1，所述柔性电极包括柔性衬底4、导电层5和介电层6，本实施例中导电层为三层，分别为第一导电层5a、第二导电层5b、第三导电层5c，本实施例中介电层也为三层，分别为第一介电层6a、第一介电层6b、第一介电层6c，三层导电层和三层介电层以层层堆叠制备的方式间隔分布。
继续参照说明书附图2，本实施例提供一种硅基柔性悬膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将350μm厚的硅晶圆置于1100℃的氧化炉中，氧化一定时间后制备1μm的氧化硅层。
S2、旋涂光敏型聚酰亚胺胶，进行曝光、显影图形化后键合聚酰亚胺膜，制备柔性电极衬底；
S3、通过磁控溅射制备金层，再在表面旋涂光刻胶，曝光显影后湿法腐蚀制备金导电层；
S4、旋涂光敏型聚酰亚胺胶，曝光、显影后制备介电层。
S5、通过电子束蒸发制备铝层，再在表面旋涂光刻胶，曝光显影后湿法腐蚀制备铝电极；
S6、旋涂PMMA胶，曝光、显影后制备介电层。
S7、在硅晶圆背面旋涂光刻胶，曝光、显影后，干法刻蚀氧化硅形成背面掩膜，对硅衬底进行深硅刻蚀，释放悬膜。
S8、15瓦皮秒激光切割，去除未键合的聚酰亚胺膜。
S9、通过水刀划片，制备硅基柔性悬膜电极。
实施例2
参照说明书附图3、4，本实施例提供一种硅基柔性悬膜，包括硅晶圆1、氧化硅层2、键合胶层3、和柔性电极。
根据本实施例的一个方面，请参照说明书附图3，对本实施例中的柔性电极进行详细的说明，柔性电极中间悬空，形成双端固支电极，并且双端固支电极双端固定与皮肤表面进行信号监测，另一端与硅晶圆1通过光敏型键合胶连接，从而在硅晶圆1和柔性电极之间形成键合胶层3；
根据本实施例的另一个方面，请参照说明书附图3，所述柔性电极包括柔性衬底4、导电层5和介电层6，本实施例中导电层为三层，分别为第一导电层5a、第二导电层5b、第三导电层5c，本实施例中介电层也为三层，分别为第一介电层6a、第一介电层6b、第一介电层6c，三层导电层和三层介电层以层层堆叠制备的方式间隔分布。
参照说明书附图4，本实施例提供另一种硅基柔性悬膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将500μm厚的硅晶圆置于1100℃的氧化炉中，氧化一定时间后制备5μm的氧化硅层；
S2、旋涂光敏型PMMA胶，进行曝光、显影图形化后键合聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，制备柔性衬底；
S3、通过磁控溅射制备银层，再在表面旋涂光刻胶，曝光显影后湿法腐蚀制备银导电层；
S4、旋涂光敏型聚酰亚胺胶，曝光、显影后制备介电层。
S5、通过电子束蒸发制备铝层，再在表面旋涂光刻胶，曝光显影后湿法腐蚀制备铝电极；
S6、旋涂PMMA胶，曝光、显影后制备介电层。
S7、在硅晶圆背面旋涂光刻胶，曝光、显影后，干法刻蚀氧化硅形成背面掩膜，对硅晶圆进行四甲基氢氧化铵腐蚀，释放悬膜。
S8、30瓦皮秒激光切割，去除未键合的聚酰亚胺膜。
S9、通过激光划片，制备硅基柔性悬膜电极。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，导电层5设置为单层或若干层，多个电极共面，不需介电层6，如说明书附图5。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”“第二”等之类的关系属于仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种硅基柔性悬膜，其特征在于：包括硅晶圆和柔性电极，所述柔性电极与硅晶圆通过胶键合连接。
2.根据权利要求1所述的一种硅基柔性悬膜，其特征在于：所述柔性电极采用单端固支梁结构，形成侵入人体监测信号的单端固支电极。
3.根据权利要求1所述的一种硅基柔性悬膜，其特征在于：所述柔性电极采用双端固支梁结构，形成监测人体信号的双端固支电极，所述双端固支电极通过两端硅固定于人体皮肤表面。
4.根据权利要求1所述的一种硅基柔性悬膜的制备方法，其特征在于：所述柔性电极包括柔性衬底和导电层，所述导电层设置为单层或若干层。
5.根据权利要求1所述的一种硅基柔性悬膜的制备方法，其特征在于：所述柔性电极包括柔性衬底、导电层和介电层，所述导电层和介电层均设置成若干层，若干层导电层和若干层介电层以层层堆叠制备的方式间隔分布。
6.一种硅基柔性悬膜的制备方法，用于制备权利要求1-5任一项所述的硅基柔性悬膜，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、通过热氧化在硅晶圆表面和背面制备氧化硅层；
S2、旋涂光敏型键合胶，进行曝光、显影后键合柔性衬底；
S3、在柔性衬底表面镀膜、光刻、刻蚀制备导电层；
S4、通过涂覆绝缘光刻胶，曝光，显影制备介电层；
S5、在硅晶圆背面旋涂光刻胶，光刻，刻蚀氧化硅形成背面掩膜，对硅晶圆进行刻蚀，释放悬膜，形成单端固支或双端固支；
S6、通过激光切割，去除键合区以外的柔性衬底；
S7、通过激光或者水刀划片，进行硅晶圆分离，制备单个硅基柔性悬膜电极。
7.根据权利要求6所述的一种硅基柔性悬膜的制备方法，其特征在于：
所述的步骤S1中硅晶圆厚度为150～500μm，氧化硅层厚度为0.5μm～5μm；
所述步骤S4中的绝缘光刻胶包括PMMA光刻胶、光敏型PI胶。
8.根据权利要求6所述的一种硅基柔性悬膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中：
光敏型键合胶包括PMMA光刻胶、光敏型PI胶，光敏性BCB胶；
柔性衬底包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯。
9.根据权利要求6所述的一种硅基柔性悬膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中：
所述镀膜方法为电子束蒸发或磁控溅射；
所述导电层材料为金、银、铂、铝、铜、铬、钛中的某一种或者几种组成的合金，导电层厚度为10nm～1000nm；
所述导线层材料为铝、铬、铂时，刻蚀方法采用干法刻蚀；
所述导线层材料为金、银、铜、钛时，刻蚀方法采用湿法腐蚀。
10.根据权利要求6所述的一种硅基柔性悬膜的制备方法，其特征在于：
所述步骤S5中光刻胶厚度为5μm～10μm，对氧化硅的刻蚀方法为干法刻蚀，对硅晶圆进行刻蚀的方法为深硅刻蚀或者四甲基氢氧化胺腐蚀；
所述步骤S6中激光切割的功率为15瓦皮秒～45瓦皮秒。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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