一种可批量制造有孔无痛微针阵列芯片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可批量制造有孔无痛微针阵列的制备方法，其特征在于以硅材质为主体，采用半导体制造技术，先制造出针尖斜面，然后在针面打开通道，一次制备过程，即可制造出5000至几万个针尖长度在10至1000um的无痛微针阵列芯片，本发明专利技术中所公开的无痛微针阵列芯片的制备方法，可简化微针芯片的制备过程，降低生产成本，并可生产出具有设定的针面斜度，良好的针尖尖度以及均匀的注射通道的无痛微针。

A method for batch fabrication of micropipette array with holes and painless

【技术实现步骤摘要】
一种可批量制造有孔无痛微针阵列芯片的制备方法
本专利技术涉及一种微针芯片的制备方法，特别是一种可批量制造有孔无痛微针阵列芯片的制备方法，属于微电子机械(MEMS)工程

技术介绍
微针技术是一种不会引起疼痛的药物输送技术，在临床的皮试，疫苗注射等领域已有应用，因为微针长度固定，注射深度精准，且未达到人体皮肤的浅表痛觉神经分布区，故不会引起注射疼痛。现阶段，制造微针的材质包括金属、树脂或者高分子聚合物以及硅、碳化硅和二氧化硅等。其中树脂或者高分子聚合物有着材质较软，很难控制针尖曲度等特点，对刺入皮肤并且达到一定深度有一定困难。金属材质(包括单一金属或者各种合金)在制造上加工方法相对单一，很难达到微米级的针头长度，难以实现无痛注射的效果。一些制造带通道硅基层微针的方法已被报道，包括以激光方式在针尖开孔，这种方法难以批量生产，并且对激光器和硅基层的对位要求很高，生产良率不高。其他大部分在硅基层微针开通道的方式均为深反应离子刻蚀(DRIE)，但是大多数设计的工艺流程都过于复杂，而且根据其流程生产出的微针都有针尖尖度不够、针头长度不够或针面斜度不够等缺点，造成难以刺入皮肤或者难以到达皮内深度。此外，大部分工艺都采取先开通道，再用保护层(一般是SiN保护层)保护通道后湿法刻蚀出针面斜度的方法。这种方法需要在湿法刻蚀后从狭窄深孔去除保护层，由于孔径过小，去除保护层的时候容易留下残余，使通道变窄。为了解决上述现有技术所存在问题，本专利采取半导体制造业常用的方法来制作以硅材质为主体的无痛微针，本专利技术所述的制备方法采用先制造针尖斜面，然后在针面打开通道的方法，可以制作出一款兼具一定针面斜度、良好针尖尖度和有均匀通道的无痛微针。
技术实现思路
针对现有技术中的上述问题，本专利技术要解决的问题是：提供一种可批量制作出兼具一定针面斜度、良好针尖尖度和有均匀通道的有孔无痛微针阵列芯片。一种可批量制造有孔无痛微针阵列芯片的制备方法，其制备步骤包括：第一步：光刻出图形定义单个微针形状，利用光刻技术在光刻胶层刻出一定形状沟槽。第二步：利用干法刻蚀将光刻胶层形状转移至硅基层。第三步：采用一般方法移除光刻胶层，包括浸入法和喷淋法等；第四步：采用低压化学气相沉积法(LPCVD)或者等离子增强化学气相沉积法(PECVD)将硅基层的正面、反面和沟槽内均镀上一层SiN保护层，作为湿法刻蚀的保护层。第五步：用ICP-RIE反应去除硅基层正面SiN保护层，保留硅基层背面和沟槽的保护层。第六步：利用Si晶面各向异性湿法刻蚀出针尖和针面角度，利用KOH对硅基层各个晶面的刻蚀速率不同，刻蚀出针面斜度约为54.37°。第七步：湿法移除SiN保护层，利用HF对SiN保护层的腐蚀性，移除余下SiN保护层。第八步：从硅基层正面旋涂或者喷涂针尖保护层。第九步：从硅基层背面光刻，在光刻胶层上做出图形，用以在针尖上开出通道。第十步：从硅基层背面刻蚀深孔，利用深反应离子刻蚀技术(包括boschprocess和低温处理等)将光刻胶层图形转移到针面，需要打通整个针面。第十一步：移除光刻胶层和针尖保护层，形成微针，采用一般光刻胶层移除液或者丙酮等有机溶剂移除。所述的制备方法，其特征是：光刻胶层中的沟槽可定义单个微针的位置和形状，优选地，该形状为“人”字型或者“倒V”型等，形状中间角度包括10度到170度，宽度和长度可以为10-200um的任意数值。所述的利用干法刻蚀将光刻胶层形状转移至硅基层，可以定义微针长度。所述的制备方法，其特征是：根据沟槽刻蚀深度选择干法刻蚀方法，包括一般干法刻蚀和深反应离子刻蚀(DRIE)，所述的包括深反应离子刻蚀法包括Boschprocess或者辅助低温，优选地，刻蚀深度为10-1000um。所述的制备方法，其特征是：所的SiN保护层的厚度为50-2000nm。所述的制备方法，其特征是：所述的真面斜度由晶体硅两个晶面(100)和(111)的夹角决定，所述的针尖曲度和长度通过控制刻蚀时间来调整。所述的制备方法，其特征是：所述的KOH的浓度为5％-80％，其中可以加入其它辅助溶剂，优选地，辅助溶剂为IPA。所述的制备方法，其特征是：所述的针尖保护层包括光刻胶层或者树脂溶液等，保护层厚度需要超过针尖长度，以保护针尖的完整性。所述的制备方法，其特征是：所述光刻胶层的图形包括圆形、方形、菱形等各种偏于开孔的形状。所述的制备方法，其特征是：所述的硅基层直径大小为6寸、8寸或者12寸。所述的制备方法，其特征是：按照所述制备方法所制备出的微针芯片，可以通过电镀或者增加Sputter金属涂层以增加微针硬度。在本申请中，如果没有特别地说明，则各个制备步骤是基于附图所示的模式，所采用的装置、仪器、组件、尺寸及其他条件等都为本领域众所周知的，或者是本领域技术人员根据申请的描述结合现有技术可以实现的。关于本专利技术中术语的描述，若与本领域之前的描述有所差异，应以本申请中的描述为准。附图说明图1光刻胶层定义单个微针形状的侧视图；图2光刻胶层定义单个微针形状的俯视图；图3干法刻蚀将光刻胶层形状转移至硅基层的侧视图；图4移除光刻胶层的侧视图；图5在单晶硅基层晶面加SiN保护层的侧视图；图6从硅基层正面去除SiN保护层，保留硅基层背面和沟槽的SiN保护层的侧视图；图7利用硅晶面的各向异性湿法刻蚀出针尖和针面角度的侧视图；图8利用硅晶面的各向异性湿法刻蚀出针尖和针面角度的俯视图；图9湿法移除SiN保护层的侧视图；图10从硅基层正面旋涂针尖保护层的侧视图；图11从硅基层背面加光刻胶层光刻的侧视图；图12从硅基层背面加光刻胶层光刻的俯视图；图13从硅基层背面刻蚀深孔的侧视图；图14移除光刻胶层和针尖保护层，形成微针阵列的侧视图；图15移除光刻胶层和针尖保护层，形成微针阵列的俯视图；图中标号名称：(1)光刻胶层；(2)硅基层(单晶硅基层(100)晶面)；(3)光刻胶层沟槽；(4)硅基层沟槽；(5)SiN保护层；(6)微针；(7)针尖保护层；(8)光刻胶层图形；(9)通道。具体实施方式下面结合附图对本专利技术所述的有孔无痛微针阵列芯片的制备方法做进一步说明。具体实施方式：所述实施方式是本专利技术所述的制备方法的一种优选实施方式，具体为：针面斜度约为54.37°。如附图1-15所示，本专利技术所述的制备步骤为：第一步：光刻出图形定义单个微针形状，利用光刻技术在光刻胶层(1)刻出一定形状沟槽(3)；第二步：利用干法刻蚀将光刻胶层(1)形状转移至硅基层(2)；第三步：采用一般方法移除光刻胶层(1)，包括浸入法和喷淋法等；第四步：采用低压化学气相沉积法(LPCVD)或者等离子增强化学气相沉积法(PECVD)将硅基层(2)的正面、反面和沟槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可批量制造有孔无痛微针阵列芯片的制备方法，其制备步骤包括：/nⅠ.光刻出图形来定义单个微针形状，利用光刻技术在光刻胶层刻出一定形状沟槽；/nⅡ.利用干法刻蚀将光刻胶层形状转移至硅基层；/nⅢ.采用一般方法移除光刻胶层，包括浸入法和喷淋法等；/nⅣ.采用低压化学气相沉积法(LPCVD)或者等离子增强化学气相沉积法(PECVD)将硅基层的正面、反面和沟槽内均镀上一层SiN保护层，作为下一步湿法刻蚀的保护层；/nⅤ.用ICP-RIE反应去除硅基层正面SiN保护层，保留硅基层背面和沟槽的保护层；/nⅥ.利用Si晶面各向异性湿法刻蚀出针尖和针面角度，利用KOH对硅基层各个晶面的刻蚀速率不同，刻蚀出针面斜度约为54.37°；/nⅦ.湿法移除SiN保护层，利用HF对SiN保护层的腐蚀性，移除余下SiN保护层；/nⅧ.从硅基层正面旋涂或者喷涂针尖保护层；/nⅨ.从硅基层背面光刻，在光刻胶层上做出图形，用以在针尖上开出通道；/nⅩ.从硅基层背面刻蚀深孔通道，利用深反应离子刻蚀技术DRIE(包括boschprocess技术和低温处理技术等)将光刻胶层图形转移到针面，需要打通整个针面；/nⅪ.移除光刻胶层和针尖保护层，形成微针，采用一般光刻胶层移除液或者丙酮等有机溶剂移除。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可批量制造有孔无痛微针阵列芯片的制备方法，其制备步骤包括：
Ⅰ.光刻出图形来定义单个微针形状，利用光刻技术在光刻胶层刻出一定形状沟槽；
Ⅱ.利用干法刻蚀将光刻胶层形状转移至硅基层；
Ⅲ.采用一般方法移除光刻胶层，包括浸入法和喷淋法等；
Ⅳ.采用低压化学气相沉积法(LPCVD)或者等离子增强化学气相沉积法(PECVD)将硅基层的正面、反面和沟槽内均镀上一层SiN保护层，作为下一步湿法刻蚀的保护层；
Ⅴ.用ICP-RIE反应去除硅基层正面SiN保护层，保留硅基层背面和沟槽的保护层；
Ⅵ.利用Si晶面各向异性湿法刻蚀出针尖和针面角度，利用KOH对硅基层各个晶面的刻蚀速率不同，刻蚀出针面斜度约为54.37°；
Ⅶ.湿法移除SiN保护层，利用HF对SiN保护层的腐蚀性，移除余下SiN保护层；
Ⅷ.从硅基层正面旋涂或者喷涂针尖保护层；
Ⅸ.从硅基层背面光刻，在光刻胶层上做出图形，用以在针尖上开出通道；
Ⅹ.从硅基层背面刻蚀深孔通道，利用深反应离子刻蚀技术DRIE(包括boschprocess技术和低温处理技术等)将光刻胶层图形转移到针面，需要打通整个针面；
Ⅺ.移除光刻胶层和针尖保护层，形成微针，采用一般光刻胶层移除液或者丙酮等有机溶剂移除。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：光刻胶层中的沟槽可定义单个微针的位置和形状，优选地，该形状为“人”字型或“倒V”型，中间角度包括10度到...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莎，马维宁，王逸仙，殷清林，
申请(专利权)人：灏曦天津生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12