用于控制物理气相沉积金属膜与衬底和表面的粘附的方法技术

一种以受控粘附力在衬底上沉积膜的方法。所述方法包括沉积包含金属的所述膜，其中在达到所述膜对所述衬底的预定粘附力的压力下使用物理气相沉积在所述衬底上沉积所述金属。所述预定粘附力允许在将所述膜粘附到所述衬底上时将所述膜加工成装置，但也允许从所述衬底上移除所述装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制物理气相沉积金属膜与衬底和表面的粘附的方法相关申请的交叉引用本申请根据第120节要求于2018年2月8日提交的美国专利申请序列号15/892,172的优先权，所述美国专利申请的内容通过引用并入本文中。
本专利技术涉及一种用于控制沉积在衬底上的膜的粘附力的方法以及使用所述方法制造的装置。
技术介绍
电化学传感器通常用于检测或测量如葡萄糖等体内分析物的浓度。通常，在此类分析物感测系统中，分析物(或衍生自其的物质)是电活性的并且在传感器中的电极处产生可检测信号。然后，此信号与生物样品内分析物的存在或浓度相关。在一些常规传感器中，提供了与待测量分析物反应的酶，所述反应的副产物在电极上进行定性或定量。在一种常规葡萄糖传感器中，固定化葡萄糖氧化酶催化葡萄糖的氧化以形成过氧化氢，然后通过一个或多个电极通过安培测量法(例如电流变化)来进行定量。各种电化学葡萄糖传感器是多层的，包括处于各种材料的层之上和/或被所述层覆盖的电极。多层传感器具有许多期望特性，包含以下事实：可以通过改变某些设计参数(例如内部层数、层厚度、电极面积和架构等)来定制此类传感器的功能特性。然而，本专利技术的专利技术人已经发现，常规传感器中阳极与阴极之间的不期望的相互作用使传感器性能降级。因此，需要降低或防止不希望的阴极-阳极相互作用的传感器制造方法和电极结构，从而改善传感器性能。本公开满足了此需要。
技术实现思路
本公开报道了开发用于通过物理气相沉积(PVD)工艺控制金属膜的粘附力的技术。通过多个实验设计(DOE)评估各种PVD参数。意想不到地且令人惊讶发现压力对粘附力具有最大且最显著的影响，并且在PVD期间控制和改变压力时，所述工艺达到了不同水平的粘附力。在一个说明性实施例中，一种在衬底上沉积膜的方法，所述方法包括：将衬底置于PVD腔室中；设置所述腔室中的气体压力；在所述压力下使用PVD在所述衬底上沉积金属；以及在所述金属上沉积膜。所述压力与所述膜对所述衬底的预定粘附力相关联，所述预定粘附力允许在所述膜粘附到所述衬底上以及从所述衬底上移除所述装置时将所述膜加工(例如，切割)成一个或多个装置。在一个或多个实例中，所述压力处于2-250毫托(mTorr)的范围内，所述PVD功率处于10W千瓦到100千瓦的范围内，并且所述金属包括厚度为至少(例如，处于的范围内)的层。在一个或多个实施例中，所述金属包括包括多个层，所述多个层各自在不同压力下沉积(例如，包括第一层和第二层，所述第一层在范围为50-250mTorr的压力下沉积在所述衬底上，所述第二层在范围为2-50mTorr的压力下沉积在所述第一层上)。本公开进一步报道了在金属膜中的粗糙或柱状结构的沉积如何以高度可控的方式降低与衬底/表面的表面积接触，如何在调制沉积压力时有助于控制粘附力。因此，在一个或多个实例中，所述金属是选自以下的至少一个结构化层：图案化层、粗糙化层、非均匀层、包含空隙的层和包括柱的层。在一个实例中，用压力调制进行的PVD沉积用于制造用于葡萄糖传感器的背侧对电极(BCE)，其中金属对玻璃衬底的粘附力强到足以加工和激光切割中幸存下来，但又弱到足以允许从用于组合件工艺的玻璃衬底上容易地物理移除。本文还展示了用于制造电极并且将所述电极置于传感器挠性件的顶侧和背侧上的PVD工艺。常规方法仅将电极置于传感器挠性件的顶侧。因此，本专利技术的实施例消除了在一个装置中具有多个传感器挠性件的需要。在一个实例中，对电极置于挠性件的背侧，而工作电极保持在传感器挠性件的顶侧。对电极的示例电极表面金属包含但不限于金、铂、银等。在一个或多个实施例中，工作电极中的常规电镀铂层被包含铂柱的层替代，并且常规电镀参比电极被包含丝网印刷或分配的银-氯化银等的参比电极替代。更通常地，本文所描述的粘附力控制方法的应用包含装置制造，其中粘附力是例如在柔性电路阵列、微机电(MEMS)装置、半导体装置和生物医学电极(神经、心脏、葡萄糖和乳酸电极等)的制造或加工期间等具体工艺的关键因素。对于本领域技术人员而言，本专利技术的其它目标、特征和优点将根据以下详细描述而变得显而易见。然而，要理解，尽管指示本专利技术的一些实施例，但是详细描述和具体实例通过说明性而非限制性方式给出。可以在不脱离其精神的情况下在本专利技术的范围内进行许多改变和修改，并且本专利技术包含所有此类修改。附图说明图1A-1D展示了根据一个或多个实施例的在相对侧上具有WE和CE的安培型传感器。图1E展示了根据本专利技术的一个或多个实施例的在装置的同一侧上具有但间隔至少1微米英寸的距离D的WE和CE的安培型传感器。图1F和图1G比较了根据本专利技术的一个或多个实施例的具有交叉指型工作电极和对电极、参比电极的控制传感器(图1F)的结构，并且其中工作电极、对电极和参比电极仅位于一侧并且足够接近到表现出不期望的电极，其中传感器在相对侧上包括电极(图1G)。图1H展示了在安培型传感器中使用的多个平面分层元件。图2提供了展示了可以适用于与本专利技术的实施例一起使用的一种类型的皮下传感器插入套件、遥测特性监测器发射器装置和数据接收装置、元件的透视图。图3示出了可以在本专利技术的实施例中用于测量电流的稳压器的示意图。如图3中所示出的，稳压器300可以包含运算放大器310，所述运算放大器连接在电路中以具有两个输入：Vset和Vmeasured。如所示出的，Vmeasured是参比电极与工作电极之间的电压的测量值。另一方面，Vset是工作电极和参比电极两端的最佳期望电压。测量对电极与参比电极之间的电流，从而产生从稳压器输出的电流测量结果(isig)。图4展示了根据本专利技术的一个或多个实施例的用于使用溅射来沉积材料的设备。图5展示了根据本专利技术的一个或多个实施例的在玻璃衬底上包括层堆叠的测试样品。图6A展示了根据本专利技术的一个或多个实施例的应用于玻璃衬底上的层堆叠的模拟可以在葡萄糖传感器中的电极加工期间应用的标记和切割类型的刀划痕或激光切割标记的不同图案A-E。图6B展示了应用于玻璃衬底上的银层的图案，示出了银对玻璃的粘附力太弱而无法允许复制银层上的标记。图7A-7D展示了根据本专利技术的一个或多个实施例的分配给在不同溅射条件下制造的样品的不同粘附力得分。图8A展示了没有金柱的测试样品，并且图8B展示了根据本专利技术的一个或多个实施例的具有金柱的测试样品。图9是根据本专利技术的一个或多个实施例的位于玻璃衬底与金层之间的柱状界面的扫描电子显微镜(SEM)图像。图10A-10D展示了根据本专利技术的一个或多个实施例的在使用各种溅射条件以及在用示例电极图案进行激光切割之后制造的测试样品上的膜。图11展示了根据本专利技术的一个或多个实施例的改变压力、功率和金厚度对使用位于金层与玻璃衬底之间的界面处的金柱制造的样品的粘附力的标准化影响的帕累托图。图12是根据本专利技术的一个或多个实施例的平均速率随压力、功率和金厚度而变化的图。图13是根据本专利技术的一个或多个实施例的速率对金层厚度和压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在衬底上沉积膜的方法，所述方法包括：/n将衬底置于物理气相沉积(PVD)腔室中；/n设置所述腔室中的气体压力；/n在所述压力下使用PVD在所述衬底上沉积金属；以及/n在所述金属上沉积膜；其中：/n所述压力与所述膜对所述衬底的预定粘附力相关联，所述预定粘附力允许：/n在所述膜粘附到所述衬底上时，将所述膜加工成装置；以及/n从所述衬底上移除所述装置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180208 US 15/892,1721.一种在衬底上沉积膜的方法，所述方法包括：
将衬底置于物理气相沉积(PVD)腔室中；
设置所述腔室中的气体压力；
在所述压力下使用PVD在所述衬底上沉积金属；以及
在所述金属上沉积膜；其中：
所述压力与所述膜对所述衬底的预定粘附力相关联，所述预定粘附力允许：
在所述膜粘附到所述衬底上时，将所述膜加工成装置；以及
从所述衬底上移除所述装置。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属包括多个层，所述多个层各自在不同压力下沉积。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属包括第一层和第二层，所述第一层在范围为50-250mTorr的压力下沉积在所述衬底上，所述第二层在范围为2-50mTorr的压力下沉积在所述第一层上。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力处于2-250毫托(mTorr)的范围内。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述PVD包括：
使所述气体电离以形成电离气体粒子；以及
使用电场和/或磁场将所述电离气体粒子加速到包括所述金属的靶标上，所述电场和/或磁场的功率处于10W千瓦到100千瓦的范围内。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述金属包括厚度为至少的层。


7.根据权利要求5所述的方法，其中所述金属包括厚度处于范围内的层，并且所述PVD是溅射。


8.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括沉积所述金属作为选自以下的至少一个结构化层：图案化层、粗糙化层、非均匀层、包含空隙的层和包括柱的层。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述装置包括微机电装置结构、光电装置结构、电路、电池电极、燃料电池电极或具有电化学活性表面的电极。


10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
将所述膜加工成一个或多个装置，所述加工包括切割；以及
从所述衬底上移除所述一个或多个装置。


11.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力使用包括以下的方法确定：
测...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿克希尔·斯里尼瓦桑，王一菲，
申请(专利权)人：美敦力泌力美公司，
类型：发明
国别省市：美国;US