[发明专利]一种基于掩膜打印的金属布线方法

说明书

技术领域

本发明属于金属布线及金属成型技术领域，具体涉及一种基于掩膜打印的金属布线方法。

背景技术

金属布线技术是指通过化学沉积或刻蚀的方法将预先设定好的线路或图形加工出来的工艺技术。其主要应用在电子加工(尤其是微电子)中，是基板上各部件相互连接、传递信号以构造完整体系的基础，同时也是各类电子器件(如RFID的感抗线圈和气体传感器中的梳状电极)的制备过程不可或缺的工艺步骤；而作为金属图案化成型的技术来讲，它也是表面装饰、表面改性的重要措施。因此，金属布线技术在实际应用中扮演者十分重要的角色。

在金属布线技术领域中发展最迅速的是以芯片及印刷线路板制造为代表的集成电路的线路成型工艺。而这些工艺都可以归结为感光复制技术与金属选择性刻蚀连用的工艺。这样的线路生产往往需要经过几十上百道工序。一般而言，都需要经过制模-保护剂涂覆-曝光-显影-定影等一系列光学过程，即所谓感光复制技术，以便在金属层上构造设定好的图形化的表面掩模，而后进行金属选择性腐蚀，从而保留预想的金属图形即所需电路布局。这种工艺的主要问题在于：

(1)成套设备的固定投入要求极高，一套生产线投入往往要上百万，甚至上千万，普通研发性部门和个人无力承担；

(2)用于图形转移的模具加工要求高且灵活性差，在制模的过程中需要反复尝试，一旦出现问题需要从头开始。

(3)工艺流程复杂、单位成本较高，尤其是面向原型线路研发和小批量产品的生产时，这种问题尤其明显。

归结起来，模具以及光刻设备的引入，都增加了感光复制技术的应用壁垒，这对于教学等尝试性加工和小批量的线路制造，以及新型、概念性产品的研发都是很不利的。因此，非光刻的金属图案化加工一直是该领域技术发展的热点问题。

最近，一些非光刻的方法已经被应用到金属布线技术领域，研究较多的是微接触法(microcontact printing，μCP)，这种方法是用有弹性的成型模具蘸取一定量的催化剂，这种模具象图章一样与表面发生接触，从而使接触部位附着的催化剂定位转移到基质表面上，这样定位转移后表面上就形成了可以充当图形模版的催化剂层，这样在催化剂层的基础上就可以达到金属定位沉积的目的。该方法成功的关键是必须具备成熟的模具的成型工艺并对基质与模具之间的接触参数进行严格的控制。但是，易被附着并能成功转移的催化剂种类十分有限，而且接触中受力的作用会使弹性模具发生变形，这都是该方法应用中存在的严重问题。

另外，使用自组装与喷墨打印联合的加工工艺也可以实现多种基体上多种金属的定位沉积，即以一种全加成的方法来实现金属布线，首先对基板表面进行自组装分子修饰，其后，将可以引发及加速化学镀的催化剂分散在液态溶剂中作为“墨水”注入改造的打印机，借助喷墨打印技术，按照设计好的线路图型把催化剂“墨水”喷射在上述的自组装分子层上，这层自组装分子作用相当于“有机浆糊”，可以使图形化的催化剂层与基底牢牢地结合在一起。由于化学沉积只发生在有催化剂的区域，因而可以获得图形化的金属沉积层。该技术已由我们开发并申请专利，然而利用自组装的方法进行表面改性的技术刚刚兴起，在某些特定基板上的自组装材料和自组装条件尚需进一步优化，从而在一定程度上限制了其的具体应用。

另外，一种基于喷墨打印技术的金属布线工艺最近也得到了发展，其主要的方法是：合成可以直接打印的高浓度的金属溶胶，这种溶胶的特点是金属的纳米颗粒由表面活性剂包覆分散在有机溶剂中，被打印的溶胶在表面扩散连接为连续的图形，在一定温度下烧结，则可以形成导电的金属图形(目前仅限于金和银)。这种方法的主要缺点是烧结温度随着溶胶种类的不同而有差别，如果烧结温度较高的情况下会对基底产生影响，另外该方法对于喷墨打印的要求较高，打印图形不均匀会产生局部电阻过大或是导线不平整的现象，还有这种单次打印的直接成型方式无法很好的调控金属线路的厚度。

可见，在非光刻的金属布线技术的开发中，人们主要把精力投放在“全加成法”的技术上，而现在可供加工的基材大多是以镀覆或压覆一定厚度的金属层的形式提供的，而且金属表面的处理与加工技术已比较成熟，而且进行进一步刻蚀后的线路的牢固程度也比较有保障；而且全加成法中，金属的定位生长并不都一定满足严格的选择性沉积，这会造成一些电迁移导致器件失效；最后，对于特定的加工对象，除掉前导部分的投入，最终采用刻蚀的方法成型往往会节约成本。因此，一种新型的“减成”技术亟待开发。

发明内容