[发明专利]一种用于柔性MEMS器件的转印工艺方法

说明书

本发明属于半导体/MEMS制造工艺技术领域，提供了一种用于柔性MEMS器件的转印工艺方法，尤其可利用于将在硅等刚性基底上制作完成的结构或器件，转印到如聚酰亚胺、PET、PDMS等柔性衬底上。在基于PZT的柔性压电能量收集器的案例中，针对该工艺成功率较低导致影响整体工艺的成功率，本发明创新性地提出了以PECVD沉积制作的SiN_X作为转印前释放的牺牲层，相对传统工艺中以SiO₂为释放工艺的牺牲层，本改进明显缩短了释放时间，使结构不至于在HF酸缓冲液中浸泡太久而导致失效，大大提高了转印工艺的成功率。同时，提出了在转印期间的加压加温的工艺改进，进一步提高了转印成功率。

技术领域

本发明属于半导体/MEMS制造工艺技术领域，是一种通过改进牺牲层和工艺条件以提高多层微结构转印成功率的工艺方法，适用在柔性MEMS器件的转印工艺流程中。

背景技术

可延展柔性MEMS电子器件将无机电子材料与柔性基体巧妙结合，既保持了无机电子材料优越的电学性能，又具备良好的延展性，在显示、能源、医疗健康、人机交互等领域具有广泛的应用前景。但是无机电子材料无法在柔性基体上直接生长和加工，为解决这一难题，研究者发展了转印技术，将无机薄膜从其生长基体上剥离并印制到柔性基体上，因此随着柔性MEMS器件的兴起和发展，转印技术已经成为决定柔性MEMS器件制造成功率的关键工艺。而由于某些脆性微结构在转印工艺的复杂环境下极其易于失效，导致转印工艺的成功率一直以来都很低。

目前常用的转印工艺有印章转印法、胶带转印法等。在水溶性胶带转印法中，由于胶带有很强的黏附，可很容易地将器件从施主基体上剥离下来，然后通过水或其他溶剂对胶带界面或整个胶带进行处理，使胶带界面或胶带本身发生化学反应失去黏附力，从而实现印制，来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究者利用水溶性胶带制备了柔性电池。基于热释放胶带的转印技术，则是通过加热处理，使胶带界面或胶带本身发生化学反应失去黏附力来实现转印过程，来自斯坦福大学的研究者通过热释放胶带转印了硅纳米线。高聚物印章转印技术主要通过拾取和印制两个过程将器件从施主基体上转印到柔性受主基体上，来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Canan Dagdeviren等人以SiO₂作为牺牲层，通过湿法腐蚀释放、PDMS印章转印的方法制作了柔性能量收集器。

热释放胶带转印法对转印温度和时间的精确把握要求较高；水溶性胶带遇水会分解，但有少量残留物残留在结构表面，污染结构；PDMS是柔性转印工艺中最广泛应用的印章材料，工艺可行性最高，但传统的转印工艺往往以SiO₂为释放工艺的牺牲层，而在多次实验中发现以SiO₂作为牺牲层时释放时间过长，导致器件结构由于在HF酸缓冲液中浸泡时间过长而失效，且在印制的过程中，器件与柔性受主衬底的黏附力太弱。因此，提出一种以PECVD沉积的SiN_X作为牺牲层的转印工艺方法，大大缩短了湿法腐蚀的释放时间，并在印制的过程中对PDMS印章和柔性聚酰亚胺衬底加温加压，以增强柔性MEMS器件结构与柔性聚酰亚胺衬底在印制时的黏附力，从而有效提高转印成功率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以PECVD沉积的SiN_X作为牺牲层的PDMS印章转印工艺方法，缩短湿法腐蚀释放的时间以避免器件结构由于在HF酸缓冲液中浸泡时间过长失效。并在印制的过程中对PDMS印章和柔性聚酰亚胺衬底加温加压，以增强在印制时柔性MEMS器件结构与柔性聚酰亚胺衬底的黏附力。

本发明的技术方案：

一种用于柔性MEMS器件的转印工艺方法，步骤如下：

步骤一，在单晶硅片上利用PECVD沉积一层厚度为0.6-1.2μm的SiN_X牺牲层薄膜；