專利名稱：制備彈性凸起的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域中制造凸起的方法，特別是成型彈性塊的方法。
在許多不同領(lǐng)域，最理想的是形成尺寸非常精確的在微米級(jí)范圍內(nèi)的小彈性部件或凸起。在特定的電子和光電子領(lǐng)域中，已呈現(xiàn)出精確度要求非常高的組件安裝大量地需要微型化，并且除非這種安裝可以通過某些自調(diào)整方法來進(jìn)行，否則這種精確度要求非常高的安裝非常昂貴。并且，尺寸的減小和電路速度的加快導(dǎo)致功率密度的增加。系統(tǒng)中更高的溫度或更大的溫度差表明熱失調(diào)問題的存在。精確度非常高的小彈性凸起可以用作電子連接器和機(jī)械調(diào)整組件。彈性體，尤其是硅氧烷彈性體經(jīng)常被用在電子產(chǎn)品中，并且表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。然而，常規(guī)的成型技術(shù)限制了電路片應(yīng)用中需要的微米級(jí)尺寸的性能。
為了形成凸起，可以使用含有脫模劑的彈性體或在模上沉積非貼體層(non-conformal layers)。上述方法的缺點(diǎn)分別在于，脫模劑將保留在成型組件上形成易破壞的表面層而非貼體層限制了可重復(fù)性。
John J.Dagostino等的美國專利US5,064,583公開了一種沉積硅烷脫模劑層的方法。然而，沉積過程中的環(huán)境并不限制在無水汽環(huán)境，因此沒有形成貼體層(conformal 1ayer)。
Ponjèe Johannes Jacobus的歐洲專利申請0244884A1公開了形成非常薄的無水沉積的硅烷脫模層的方法，但是其中并沒有提到蝕刻有V形槽的Si模。
本發(fā)明通過微型機(jī)械化的Si模解決了成型微米尺寸的彈性部件的問題。
本發(fā)明可以用作電子和光電子領(lǐng)域中電和光連接器和機(jī)械調(diào)整組件。
還有其他的應(yīng)用領(lǐng)域需要高精確度的小尺寸彈性部件。
本發(fā)明公開了一種經(jīng)過模的完美復(fù)制得到的彈性凸起的可重復(fù)的成型技術(shù)。溝槽可以是五角形或金字塔形，凸起可以是截頭五角形或截頭金字塔形。該模是由蝕刻在IC制造中使用的相同類型的硅片的拋光面上的一個(gè)或幾個(gè)溝槽組成。要使用脫模劑，否則因?yàn)閺椥泽w，特別是硅氧烷彈性體會(huì)在固化中與模表面粘結(jié)的非常結(jié)實(shí)。脫模劑可以是例如帕里綸(Parylene)或硅烷。在模上沉積脫模劑之后，將液態(tài)未固化彈性體加入模中并在烘箱中固化。
本發(fā)明使用了一種沉積技術(shù)和物質(zhì)來得到脫模劑，該方法在模的表面形成了非常貼體的層，因此保留了模的外形和整個(gè)尺寸的納米級(jí)細(xì)節(jié)。使用上述這樣的模，可以制備精確度非常高的彈性凸起。這些凸起可以成型為單獨(dú)的結(jié)構(gòu)或成型在大多數(shù)基體上。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它使用了公知的材料和沉積技術(shù)在Si模上形成非常貼體的層以使彈性體不粘結(jié)在模上。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是脫模層非常貼體。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是成型微米級(jí)的部件。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是彈性凸起是模的完美復(fù)制。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是易于在模上形成脫模劑層。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是同一個(gè)?？梢灾貜?fù)利用。
現(xiàn)在，在優(yōu)選的實(shí)施方式的詳細(xì)描述和附圖的幫助下，進(jìn)一步描述本發(fā)明。


圖1表示具有溝槽的典型的模的截面圖。
圖2表示成型在基體上的彈性凸起的截面圖。
圖3a-b表示另一個(gè)成型在基體上的彈性凸起的截面圖。
圖4表示獨(dú)立式的彈性凸起截面的另一種結(jié)構(gòu)。
圖5a-f表示不同彈性凸起的俯視圖。
本發(fā)明解決了操作微機(jī)械化Si模的問題，形成了超微米級(jí)尺寸精確度的彈性部件或凸起(即所用模的完美復(fù)制)并易于將凸起從模上分離。
見圖1所示，使用模100制備彈性凸起。所制的模100是由微量機(jī)加工的硅片制成的。模100中的溝槽是用傳統(tǒng)方法制作。蝕刻溝槽104、106時(shí)，使用蝕刻掩模。見圖2所示，溝槽104、106的深度和形狀取決于刻蝕掩模的開口大小，反過來，溝槽的深度和形狀決定了凸起202、204的大小和形狀。在使用硅氧烷彈性體之前需要一種脫模劑，因?yàn)閺椥泽w，特別是硅氧烷彈性體將在固化過程中與模100的表面粘結(jié)的非常結(jié)實(shí)。該脫模劑可以是帕里綸(Parylene)或硅烷，該脫模劑在模表面形成貼體的脫模層118。在模100上沉積脫模劑之后，將液態(tài)未固化的彈性體加入模中并在烘箱中固化。凸起202、204可以通過蝕刻模100形成，或者使凸起如圖3所示的在一面或兩面上單獨(dú)形成薄的獨(dú)立結(jié)構(gòu)或者使凸起如圖2所示成型在任何基體的表面上。
下面將更詳細(xì)地描述制備凸起的方法。如果各向異性地刻蝕例如在(100)、(110)、(111)晶面上，輪廓非常分明的矩形或方形溝槽104、106可以在單晶硅片上形成。溝槽的尺寸和形狀幾乎與所需的彈性凸起的尺寸和形狀相同。一種蝕刻技術(shù)是各向異性蝕刻，使用取向晶片(100)。在硅晶片和其他單晶材料上各向異性蝕刻微機(jī)械化的溝槽104、106是一項(xiàng)公知技術(shù)。所用的蝕刻掩?？梢杂蒘i3N4(～1600)膜和用于在氮化物中降低應(yīng)力的SiO2(～550)中間膜組成。經(jīng)常使用的蝕刻劑是4M的KOH溶液，該蝕刻劑通常對三種主晶體取向(100)∶(110)∶(111)的相對蝕刻速度是100∶160∶1。蝕刻在75-85℃下進(jìn)行。蝕刻透大約500μm厚的(100)晶片大約需要8小時(shí)。使用(100)取向的晶片得到V形槽，該溝槽104、106中的側(cè)壁110-116在(111)面上，該(111)面相對于(100)晶片的標(biāo)準(zhǔn)面的角度為54.7°。溝槽104、106在晶片上的的寬度和位置取決于通過制備超微米級(jí)分辨率的電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)方法制備的蝕刻掩模的開口。掩模蝕刻和硅蝕刻的重復(fù)性是相當(dāng)高的。
圖2表示基體206上輪廓非常分明的凸起202、204，它是上述制備溝槽104、106的復(fù)制品，見圖1。當(dāng)為了使彈性材料不粘在模100表面而在模100上使用脫模劑時(shí)，使用下面的技術(shù)。這可以使模100重復(fù)使用。每次制備的凸起202、204將與以前在相同的模100上制備的凸起具有相同的結(jié)構(gòu)。含有凸起202、204的結(jié)構(gòu)208具有與模100中的尺寸和相互間距離幾乎相同的輪廓。在模100表面加入脫模劑之前，有必要去掉上述表面的灰塵和其他顆粒。一層非常薄的氧化層將保留在表面上。隨后將模100浸入含有少量硅烷的乙醇溶液中。硅烷將在模100表面上形成構(gòu)成脫模劑的單層表面。該表面層通過增長形成非常薄的貼體膜118。涂布脫模劑的另一種方法是使用氣相沉積法。下一步是在模100表面上覆蓋可固化的彈性化合物，同時(shí)通過旋涂、刮涂或噴涂控制厚度。隨后，將模100和基體206壓在一起。根據(jù)要成型的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，氣泡可能會(huì)在沉積過程中截留在彈性體中。這種可能存在的氣泡可以通過在固化之前將成套的裝置放入真空中而除掉。也可以考慮將基體僅挨著模放置以在基體的特定位置上得到凸起。然后將成套裝置放入溫度升高到固化化合物的溫度通常為150℃的烘箱中2小時(shí)。通過固化，彈性材料將在模100中形成溝槽104、106。固化后，從模100上分離結(jié)構(gòu)208。如果使用了硬材料，由于化合物和模100之間的密封配合，分離需要在真空下進(jìn)行。為了特殊的應(yīng)用，基體206可以由便于分離的彈性材料制成。模也可以制成以使得到的凸起202、204如圖3a所示的峰形凸起302、304而不是截頭形。凸起之其他可能的結(jié)構(gòu)見圖3b。凸起結(jié)構(gòu)的形狀并不僅限于圖2-圖5中所示的那些。
可以制備不同類型的高精確度組件使用一塊或兩塊模的凸起的獨(dú)立式組件；在硬性或柔性基體上通過在模和基體之間加入硅氧烷彈性體得到的凸起。柔性材料例如聚合物箔的使用簡化了與模的分離，尤其是大面積的組件。如果需要，本發(fā)明也可以制成具有彈性凸起的基體，并且在凸起之間有一非常薄的硅氧烷層。在模上旋涂的未固化彈性體能夠得到一控制了厚度的彈性體。然后在固化之前將基體放置在彈性層的上面(可能存在的氣泡可以通過真空除掉)。
如上所述，硅氧烷彈性體同模粘接的非常結(jié)實(shí)，因此采用脫模劑進(jìn)行特殊表面處理以使固化了的硅氧烷彈性體能夠從模100上分離。為了這以目的，本發(fā)明包括兩種可以相互替代的方法，硅烷方法和帕里綸(Parylene)方法。兩種方法都得到低表面能的化學(xué)惰性表面，硅氧烷彈性體可以容易地從該表面上移走。
硅烷方法能夠在氧化了的硅氧烷表面上形成硅烷的自排列單層(SAM)。在硅烷沉積在硅氧烷模100上之前，該模必須清理，例如使用公知的兩步法H2O2、NH3和H2O2、HCl溶液得到一薄的天然氧化物層。隨后將模在硅烷例如用乙醇做溶劑的1％的二甲基二氯硅烷中處理，然后用乙醇沖洗，也可以在使用之前將該模保存在乙醇溶液中。得到的脫模劑層由單層相互緊靠排列的硅烷分子組成并在表面上以防止硅氧烷彈性體粘到模上。成型之后，該?？梢灾苯釉俅问褂?，或者再硅烷化以確保新的脫模劑層免受可能的機(jī)械損傷。
市售的帕里綸(Parylene)方法生成了非常貼體的聚對亞苯基二甲苯涂層，該涂層均勻地覆蓋了溝槽的邊緣和底部。涂覆了的表面在室溫下放入0.1乇的單體對二甲苯蒸氣中，該單體按照下述反應(yīng)在同氣體接觸的所有表面上縮聚和聚合
熔點(diǎn)是405℃，該溫度能夠使彈性體固化，并且具有許多其他好的性能例如高的耐化學(xué)性?？梢灾苽淙魏魏穸鹊呐晾锞](Parylene)層，而作為脫模劑，僅需要非常薄的層。但是，制成幾十微米的厚度會(huì)給予重復(fù)使用的相同的模好的機(jī)械穩(wěn)定性。
當(dāng)然，不但硅烷或帕里綸(Parylene)可以用作脫模劑。例如任何具有非反應(yīng)性端基的適合于自排列的單層都可以使用。
圖3表示不同凸起的側(cè)視圖，這些凸起可以成型在基體206上。第一套300中的結(jié)構(gòu)208具有類似倒V型的V型凸起302、304。圖3b中第二套312具有結(jié)構(gòu)208和類似針狀的凸起314、316。自然地，形成溝槽的模必須具有與這些圖中的凸起幾乎相同的形狀。制造模比制成第一套300的凸起302、304稍稍困難一點(diǎn)。這里，進(jìn)行蝕刻直到兩側(cè)壁110-116相遇，而不是圖1中蝕刻在達(dá)到底部之前停止。在下一套312凸起314、316，模必須由(110)晶片制成。
圖4中凸起成型在結(jié)構(gòu)208的兩側(cè)。這是由與上述幾乎相同的方法制成的，但是在硅氧烷彈性體固化之前，將與上面使用的相似或不同的模放置在彈性層的上面。相似的模可以與圖1中的模100具有相同或不同的形狀以形成溝槽。固化后，拿走這兩個(gè)模。該結(jié)構(gòu)208形成第四套400的凸起402-408。
圖5a-c表示方形凸起202、302和314的俯視圖，圖5d-f表示矩形凸起202、302和314的俯視圖。
上述凸起的結(jié)構(gòu)和形狀并不僅限于上述這些。它們可以具有許多其他的沒有示出的結(jié)構(gòu)和形狀。
制造優(yōu)選凸起和優(yōu)選溝槽的另一種方法是使用在已經(jīng)存在的結(jié)構(gòu)例如激光或IC上排列的光刻掩模。在分離它們之前，或者使用各向異性蝕刻或者其他技術(shù)形成溝槽。類似地，也在用于同一模的相似或不相似的材料上制作鍍膜(mirrored)溝槽。然后，該?；驈椥酝蛊鹫辰拥牟糠钟霉袒暗膹椥圆牧细采w，之后上述部分和模在真空下壓在一起。此時(shí)，彈性材料填充了模中的溝槽。之后，彈性材料用熱或光(如果模或上述部分可以透過固化光)固化，最后將模從彈性材料上分離。
在不偏離本發(fā)明精神和其本質(zhì)特征的條件下，上述本發(fā)明可以以其他的特定形式實(shí)施。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式應(yīng)該在各方面理解為說明而不是限制附屬的權(quán)利要求而不是上面描述的本發(fā)明的范圍，并且在權(quán)利要求的等價(jià)意義和范圍內(nèi)的所有變化方式也應(yīng)該包括在其范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在具有溝槽的晶片模上制造凸起的方法包括在模上沉積脫模劑的步驟，其特征在于該方法包括下述步驟清除模(100)表面上的灰塵和其他顆粒；沉積脫模劑層(118)，其中它形成自排列的單層；加入可固化的彈性體以在模上形成彈性結(jié)構(gòu)(208)；固化模和該彈性結(jié)構(gòu)；并從模上分離該結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于清除是按兩步法進(jìn)行首先使用H2O2和NH3，然后使用H2O2和HCl溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于沉積脫模劑層(118)具有下述步驟將模(100)浸入無水二甲基二氯硅烷溶液中，然后用乙醇漂洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于沉積脫模劑層(118)具有下述步驟將模(100)暴露于氣體中，一種對二甲苯的單體蒸氣中；單體在同氣體接觸的所有表面上聚合；在大約400℃的熔點(diǎn)下固化形成貼體聚對亞苯基二甲苯涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于加入可固化彈性體的方法可以是旋涂、刮涂或噴涂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于可固化彈性體可以是硅氧烷彈性體。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于該方法中包括固化前在結(jié)構(gòu)(208)上放置基體(206)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于基體(206)是柔性材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于該方法包括固化前在彈性結(jié)構(gòu)(208)的上面放置相似的模的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域中成型彈性凸起的制造方法。它解決了通過微機(jī)械化模成型微米級(jí)彈性部件的問題。該方法通過模的完美復(fù)制得到彈性凸起,是一項(xiàng)可重復(fù)的技術(shù)。該模是由蝕刻在硅晶片上的一個(gè)或幾個(gè)溝槽組成。該方法包括下述步驟:清除模(100)表面的灰塵或其他顆粒;在模上沉積脫模劑層(118),并且該脫模劑例如帕里綸(Parylene)或硅烷在模的表面形成貼體自排列層(118);加入可固化的彈性體以在模上形成彈性結(jié)構(gòu)(208);固化模和該彈性結(jié)構(gòu);并從模上分離該結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B29C33/62GK1241155SQ9718083
公開日2000年1月12日 申請日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月19日
發(fā)明者L·H·海瑟爾波姆, J·P·博德 申請人:艾利森電話股份有限公司