Ｎ型硅表面区域选择性电化学沉积铜微结构的制备方法，涉及一种硅表面的微加工技术。提供一种低成本、加工步骤简单、加工速度快且无需掩模光刻等复杂工艺，并可一次性在ｎ型硅表面直接生长金属微结构的Ｎ型硅表面区域选择性电化学沉积铜微结构的制备方法。将原始母版上的微结构转移至琼脂糖表面，浸泡在铜镀液中得琼脂糖凝胶模板；再将其下部浸没在电解池中使模板微结构部分暴露于铜镀液液面上；在ｎ型硅片背面溅射Ｔｉ／Ａｕ层形成欧姆结；将溅射Ｔｉ／Ａｕ层的ｎ型硅片的抛光面正置于模板的微结构面，将ｎ型硅片作为工作电极，在ｎ型硅片上生长铜微结构；将已生长铜微结构的ｎ型硅片与存储有铜镀液的琼脂糖凝胶模板分离。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种硅表面的微加工技术，尤其是涉及一种采用高强度的琼脂糖凝胶与电化 学沉积技术相结合，在n型硅表面一次性快速精确制备大面积金属微结构的新型电化学加工 方法及其装置。
技术介绍
在电子工业领域，随着超大规模集成电路发展的需要，在硅表面沉积金属微结构已经越 来越重要，利用铜材替换铝材作为印刷电路的连线，代表了半导体工业的重要转变。电化学 沉积和无电镀沉积广泛应用于铜印刷电路板、通孔电镀和读/写磁头等(P. C. Searson, T. P. Moffat， Cn'/. 5W/ 1994， 3， 171)。铜沉积技术主要采用物理气相沉积(PCD)、化学气相沉积(CVD)和化学沉积及电沉积(ECD)法等。硅表面构建图案化微结构的方法主要分为(1) 利用掩模板结合光刻技术首先对硅上的光刻胶图案化，然后结合后续的沉积方法进 行金属图案化的传统方法。(2) 逐点加工技术是首先利用自组装技术在硅表面自组装单层膜(SAMs)，而后利用扫 描探针(scaning probe)、聚焦离子束(focused ion beam)或者电子束技术(electron beam technique) 对自组装分子层区域修饰或改性，金属微结构选择性地沉积在电子束加工后的Si表面，该方 法的优越性在于其获得的尺寸比普通光刻小得多，分辨率也大大提高。(3) 利用软光刻技术中的微接触印刷技术(nCP)直接在硅基底上图案化。 利用掩模板结合光刻技术是目前最普遍的技术之一，己在工业中大规模应用。该技术首先通过掩模曝光的方法，将设计的图案写入均匀涂敷于硅表面的光刻胶中，继而通过显 影步骤，精确去除曝光部分的光刻胶，获得图案化的光刻胶硅基底。后续的金属沉积方法可 以有很多，例如利用物理气相沉积(PCD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)和电沉积(ECD) 等方法在除去光刻胶处沉积金属微结构，最后除去光刻胶得到在硅表面金属图案化。该方法 还可在去除曝光部分的光刻胶后，先对硅进行刻蚀，然后在进行沉积步骤，使得沉积的金属 填充在刻蚀的硅沟道中。逐点微加工技术对硅表面微加工是是建立在扫描探针(scaning probe)、聚焦离子束(focus -ed ion beam)或者电子束技术(electron beam technique)的基础上，因此该方法可以得到 尺寸为纳米级的金属微结构。P. Schmuki研究小组(E. Balaur E., T. Djenizian, R. Boukherroub， J. N. Chazalviel, F. Ozanam， R Schmuki P, ￡7erac/^w. Com附w. 2004, 6, 153)在这方面估j[了大量 工作，他们将电子束发生装置装到扫描电子显微镜(SEM)探头上，对组装在硅基底的有机单 层膜进行电子束加工，而后铜选择性地沉积在电子束加工后的Si上。此外，他们(Y. Zhang, E. Balaur, R Schmuki,五/erac/ /附.Jcto. 2005， 5/, 3674.)还利用包裹了金刚石的原子力显微镜的 探头对组装在硅表面的单层模进行刮写，然后沉积铜、钯等金属。该方法是直写技术的扩展， 得到的微结构尺寸可在纳米级，精度高。但是该方法由于仪器方面的限制，因此成本高，且 不能大面积沉积，限制了其广泛应用。微接触印刷技术(pCP)由Whitesides于1994年首次提出(A. Kumar， G M. Whitesides, 5Wece 1994，2 ,60)，并获得快速发展，pCP能够在微米、亚微米级尺寸上微图案化材料表 面性质和结构，能够实现小分子、聚合物和生物大分子，已经细胞在材料表面的选择性吸附， 因此对生物传感器(生物芯片)、组织工程及细胞生物学基础研究都具有重要的意义。(冯杰， 高长有，沈家骢，高分子材料科学与工程，2004,20, OpCP最重要的是弹性印章材料的选择， PDMS因其具有良好的生物相容性、光学透明和可等离子体表面处理等性能而成为pCP的首选 材料，被广泛应用于生物方面的研究。但是由于pCP只能转移非常薄的膜结构，因此在三维 微加工中难以应用。最近，Grzybowski研究小组(S. K. Smoukov, K. J. M. Bishop, C. J. Campbell, B. A, Grzybowski，」A 2005, 77， 751)提出了一种新颖的铜微结构生长技术，该技术使用可存储溶液且表面含有微结构的琼脂糖直接在琼脂糖表面生长连续的三维的铜微结构。琼脂糖 具有热塑性，将其浇铸在含有微结构的PDMS表面，冷却后剥离琼脂糖，得到与PDMS微结 构互补的琼脂糖，继而利用其可存储溶液的特点，把含有微结构的琼脂糖分别浸泡在含有敏 化剂和活化剂的溶液中数小时，取出琼脂糖用三次水淋洗表面，最后把该琼脂糖浸入铜镀液 中，琼脂糖内部的活化剂和敏化剂将扩散到琼脂糖表面，催化铜离子还原成铜，因此在琼脂 糖表面生长出连续的三维的铜微结构。该方法是一种无掩模的高分辨生长微结构的方法，可用于三维微结构的复制加工，但该 技术也存在自身的缺点，其一是铜膜生长比较慢，生长速度为0.33 0.10Hm/h;其二是铜膜 的生长随时间的延长，会渗入琼脂糖内部，给后续的剥离带来困难；最后，由于是直接在琼脂糖表面生长铜微结构，因此难以将微结构转移到其他基底上进行应用。这些缺点决定了该 技术难以得到普遍的应用。综上所述，到目前为止，还未见一种低成本、工艺简单、适合在硅表面直接快速制备微 结构的方法的相关报道。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述各种方法存在的缺点，又未见有关低成本、工艺简单、适合硅 表面直接快速生长金属微结构方法的报道，提供一种低成本、加工步骤简单、加工速度快且 无需掩模光刻等复杂工艺，并可一次性在n型硅表面直接生长金属微结构的N型硅表面区域 选择性电化学沉积铜微结构的制备方法。本专利技术包括以下步骤1) 选用具有微结构的钛、石英或硅片作为原始母版，将原始母版上的微结构转移至琼脂 糖表面，再将琼脂糖浸泡在铜镀液中，使琼脂糖内部充满铜镀液，得内部存储有铜镀液的琼 脂糖凝胶模板；2) 将存储铜镀液的琼脂糖凝胶模板的下部浸没在含有相同铜镀液的电解池中，使琼脂糖 凝胶模板的微结构部分暴露于铜镀液的液面上方；3) 利用磁控溅射方法在n型硅片背面溅射Ti/Au层，形成欧姆结；4) 将溅射Ti/Au层的n型硅片的抛光面正置于存储有铜镀液的琼脂糖凝胶模板的微结构 面，将n型硅片作为工作电极，选择电化学沉积的电位为一0.4^0.6V，在n型硅片上生长 铜微结构；5) 将已生长铜微结构的n型硅片与存储有铜镀液的琼脂糖凝胶模板分离，加工完毕。 在步骤1)中，所述的钛、石英或硅片等原始母版上的微结构是通过现有的微加工技术获得。所述的转移是利用琼脂糖凝胶的热塑性，将琼脂糖粉末加到水中，加热融化形成粘稠 的琼脂糖水溶胶，将原始母版放置其中，琼脂糖水溶胶将完全渗入原始母版中的微结构中， 之后抽真空，使琼脂糖内部无气泡，最后在室温条件下冷却，获得表面含有微结构的琼脂糖 模板，该琼脂糖模板上的微结构与原始母版的微结构互补。表面具有微结构的琼脂糖固体浸 泡于铜镀液中1~2 h,镀液的本文档来自技高网...
【技术保护点】
Ｎ型硅表面区域选择性电化学沉积铜微结构的制备方法，其特征在于其步骤为：１）选用具有微结构的钛、石英或硅片作为原始母版，将原始母版上的微结构转移至琼脂糖表面，再将琼脂糖浸泡在铜镀液中，使琼脂糖内部充满铜镀液，得内部存储有铜镀液的琼脂糖凝胶模板；２）将存储铜镀液的琼脂糖凝胶模板的下部浸没在含有相同铜镀液的电解池中，使琼脂糖凝胶模板的微结构部分暴露于铜镀液的液面上方；３）利用磁控溅射方法在ｎ型硅片背面溅射Ｔｉ／Ａｕ层，形成欧姆结；４）将溅射Ｔｉ／Ａｕ层的ｎ型硅片的抛光面正置于存储有铜镀液的琼脂糖凝胶模板的微结构面，将ｎ型硅片作为工作电极，选择电化学沉积的电位为－０．４～－０．６Ｖ，在ｎ型硅片上生长铜微结构；５）将已生长铜微结构的ｎ型硅片与存储有铜镀液的琼脂糖凝胶模板分离，加工完毕。
【技术特征摘要】
1.N型硅表面区域选择性电化学沉积铜微结构的制备方法，其特征在于其步骤为1)选用具有微结构的钛、石英或硅片作为原始母版，将原始母版上的微结构转移至琼脂糖表面，再将琼脂糖浸泡在铜镀液中，使琼脂糖内部充满铜镀液，得内部存储有铜镀液的琼脂糖凝胶模板；2)将存储铜镀液的琼脂糖凝胶模板的下部浸没在含有相同铜镀液的电解池中，使琼脂糖凝胶模板的微结构部分暴露于铜镀液的液面上方；3)利用磁控溅射方法在n型硅片背面溅射Ti/Au层，形成欧姆结；4)将溅射Ti/Au层的n型硅片的抛光面正置于存储有铜镀液的琼脂糖凝胶模板的微结构面，将n型硅片作为工作电极，选择电化学沉积的电位为-0.4～-0.6V，在n型硅片上生长铜微结构；5)将已生长铜微结构的n型硅片与存储有铜镀液的琼脂糖凝胶模板分离，加工完毕。2. 如权利要求1所述的N型硅表面区域选择性电化学沉积铜微结构的制备方法，其特 征在于在步骤1)中，所述的钛、石英或硅片等原始母版上的微结构是通过现有的微加工技 术获得。3. 如权利要求1所述的N型硅表面区域选择性电化学沉积铜微结构的制备方法，其特 征在于在步骤1)中，所述的转移是利用琼脂糖凝胶的热塑性，将琼脂糖粉末加到水中，加 热融化形成粘稠的琼脂糖水溶胶，将原始母版放置其中，琼脂糖水溶胶将完全渗入原始母版 中的微结构中，之后抽真空，使琼脂糖内部无气泡，最后在室温条件下冷却，获得表...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤儆，庄金亮，张力，田昭武，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]
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