悬空聚对二甲苯薄膜结构及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及用于生物ＭＥＭＳ领域的悬空聚对二甲苯薄膜结构及其制备工艺。本发明专利技术的悬空聚对二甲苯薄膜结构是在有孔衬底上化学气相沉积聚对二甲苯形成聚合物悬空薄膜，因此其薄膜厚度可以精确控制，并且，由于沉积聚对二甲苯时的要求很低，不需要牺牲层填充物，对制备有孔衬底的材料并无具体的限制，孔径尺寸和深宽比亦无特殊要求，故可以根据实际需要和成本考量选取适当材料，使得工艺的应用范围大大扩展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物MEMS领域，尤其涉及用于生物MEMS领域的悬空聚对二甲苯薄膜 结构及其制备工艺。
技术介绍
结合生物技术和微机电系统(MEMS)技术的生物MEMS技术正在迅速发展，对生物 学、医学等相关领域产生了革命性影响。生物MEMS加工的要求是成熟、稳定、高成品率、低 成本和材料的生物兼容性。由于生化反应需要和生物MEMS技术特点，生物微机电系统通常 尺寸较大(cm量级)，这就丧失了在微机械式传感器/执行器中由微加工技术所带来的单位 高产出的优势。并且考虑的相关材料的生物兼容性、在液体环境中的长期可靠性仍有待解 决，硅材料的脆性和不透明性也影响了其使用范围。因此近年来生物MEMS工艺的热点逐渐 转移到低成本、高生物兼容性的聚合物微加工上。然而，目前在MEMS中采用的大多数聚合 物材料的生长和加工方法仍采用旋涂、热压、注塑、粘接等传统方法，很难精确控制薄膜的 厚度，无法在起伏比较大的表面保持均匀性，更无法实现三维结构的覆盖。因此，采用何种 聚合物材料，如何应用等非传统微电子和MEMS工艺制备出具有一定功能的、低成本的生物 芯片，成为摆在生物微机电系统进入日常生活、真正为社会服务道路中亟待解决的关键问 题之一。 Parylene (聚对二甲苯)是一种新型聚合物材料，具有化学惰性，对水汽和腐蚀性 气体的渗透性很低，并有较高的电绝缘性能和热稳定性。它可以用化学气相淀积的方法在 室温下各种形状的表面上形成均匀、透明、致密无针孔、无应力的薄膜，能精确地控制厚度 到50nm 100 y m，机械性能优良，并可以利用MEMS工艺进行加工，与CMOS工艺兼容，因此 非常适合在复杂的MEMS结构上生长或形成三维MEMS结构，应用前景广阔。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种有望实现低成本的、符合生物MEMS技术要求的悬空聚对二甲苯薄膜结构及其制备工艺，并在此基础上可以拥有进一步的应用。 本专利技术的悬空聚对二甲苯薄膜结构，包括涂覆有聚对二甲苯防护层的有孔衬底，和在其上经化学气相沉积而形成的聚对二甲苯悬空薄膜。 本专利技术的悬空聚对二甲苯薄膜结构(以下也称为悬空parylene薄膜结构)是在 有孔衬底上化学气相沉积聚对二甲苯形成聚合物悬空薄膜，其薄膜厚度可以精确控制，形 成悬空parylene薄膜结构，能够集成淀积工艺形成的CMOS电路和工作电极等，因此可作为 生物MEMS工艺的基本平台，在此基础上可以加工液压微驱动器、微泵、差压传感器等多种 生物MEMS器件。同时，由于沉积聚对二甲苯时的要求很低，不需要牺牲层填充物，对制备有孔衬底的材料并无具体的限制，孔径尺寸和深宽比亦无特殊要求，故可以根据实际需要和 成本考量选取适当材料，使得工艺的应用范围大大扩展。 另外，本专利技术还提供一种悬空parylene薄膜结构的制备工艺，流程如下首先，制3备有孔衬底材料，在其表面淀积聚对二甲苯做防护层，从而实现有孔衬底；此后为聚对二甲 苯悬空薄膜的淀积作背面支撑保护；接下来淀积聚对二甲苯至所需厚度，形成聚对二甲苯 悬空薄膜；最后在有机溶剂中浸泡从而去掉背面支撑保护。 实验证明，本专利技术所提出的悬空parylene薄膜结构的制备工艺在提供优异平台的同时能够明显降低单位操作的成本，具有重要的实用价值和产业化前景。 本专利技术的悬空parylene薄膜结构的制备工艺中，背面支撑保护可以是硅片支撑保护在硅片上旋涂光刻胶，做前烘处理；然后与有孔衬底做临时键合，并做后烘处理。 选用上述硅片支撑保护来为聚对二甲苯悬空薄膜的淀积作背面支撑保护，则具有可扩展性，可以实现不同的三维形状的悬空膜。 本专利技术的悬空parylene薄膜结构的制备工艺中，背面支撑保护还可以是干膜背 面保护未曝光的干膜保留感光胶质和一侧的保护膜；将感光胶质贴在靠近有孔衬底一 选用上述干膜背面保护来为聚对二甲苯悬空薄膜的淀积作背面支撑保护，则更加 简单方便，易于去除，同时不需要匀胶机和加热设备。 并且，本专利技术的悬空parylene薄膜结构的制备工艺是在室温条件下进行的。 本专利技术的悬空parylene薄膜结构的制备工艺尤其适用于深孔大面积悬空 parylene薄膜结构的制备。 本专利技术中，对有孔衬底的材料没有限制，可根据实际情况选用基质材料，优选为 聚二甲基硅氧烷。对涂覆在有孔衬底上的聚对二甲苯防护层厚度也无特别限制，通常为 100nm-liim。聚对二甲苯悬空薄膜2的薄膜厚可按需要控制，通常其厚度为500nm-10 y m。 如需更厚的悬空薄膜，可以多次淀积聚对二甲苯。 另外，本专利技术还提供一种生物MEMS器件，是在本专利技术的悬空parylene薄膜结构 上，根据需要加工不同电子器件或MEMS元件形成。 本专利技术的特点和应用范围 1.在室温条件下淀积形成聚合物悬空薄膜，可精确控制薄膜厚度，同时对有孔衬底材质不做要求，有望扬长避短，充分发挥不同基质及不同微加工技术的优点； 2.形成的聚合物结构应用广泛，能够集成淀积工艺形成的CMOS电路和工作电极等，并具有很强的可扩展性，可作为生物MEMS工艺的基本平台，在此基础上可以加工液压微驱动器、微泵、差压传感器等多种生物MEMS器件。 3.本专利技术属于生物MEMS领域，可以在不同的场合下应用，特别适于涉及低成本、 快速的生物MEMS的工艺加工。附图说明 图1为本专利技术实施例1结构示意图； 图2为本专利技术的实施例1结构聚合物MEMS工艺流程； 图3为本专利技术的实施例1结构扩展为拱形膜的工艺流程； 图4为本专利技术的实施例1结构的应用示意图。 图中1、有孔衬底；2、悬空薄膜；3、悬空parylene薄膜结构；4、聚二甲基硅氧烷前聚体；5、通孔；6、硅片；7、保护膜；8、光刻胶；9、感光胶质；10、硅片；11、硅刻蚀掩模；12、弧形凹坑；13、光刻胶；14、拱形悬空薄膜；15、悬空拱形薄膜结构；16、电子器件或MEMS元 件；17、生物MEMS器件。具体实施例方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。 本专利技术设计了一种基于聚对二甲苯加工技术的悬空parylene薄膜结构实施例，主要用于聚合物压力传感器和细胞受应力特性测试，下面将结合附图进行详细的说明。 实施例1 本专利技术的实施例1的深孔大面积悬空parylene薄膜结构3的结构如图1所示，最 终实现的深孔大面积悬浮parylene薄膜结构3主要由涂覆有聚对二甲苯防护层的有孔衬 底l，和在其上经化学气相沉积形成聚对二甲苯悬空薄膜2组成。 本专利技术的实施例结构聚合物MEMS工艺流程如图2所示。首先，按10 : 1比例配制 聚二甲基硅氧烷前聚体4，置于真空中，去除操作过程中产生的气泡；置于烘箱中，在8(TC 条件下烘烤2小时，待完全固化后从容器中脱模；在通孔设计位置通过打孔器和制备通孔 5，孔径l-3mm ;淀积聚对二甲苯做防护层，从而实现有孔衬底1 ;此后为聚对二甲苯悬空薄 膜的淀积作背面支撑保护准备，如图2(d)-(e)。具体有两种实现方法方法一 硅片支撑保 护在硅片6上旋涂光刻胶8，厚度5 i！ m，做前烘处理；然后与有孔衬底1做临时键合，并做 后烘处理；此种实现方法优点在于可扩展性，可以实现不同的三维形状的悬空膜，如图3所示；方法二 干膜背面保护未曝光的干膜保留感光胶质9和一侧的保护膜7 ;将感光胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬空聚对二甲苯薄膜结构，其包括：涂覆有聚对二甲苯防护层的有孔衬底，和在其上经化学气相沉积而形成的聚对二甲苯悬空薄膜。

【技术特征摘要】
一种悬空聚对二甲苯薄膜结构，其包括涂覆有聚对二甲苯防护层的有孔衬底，和在其上经化学气相沉积而形成的聚对二甲苯悬空薄膜。2. 如权利要求1所述的悬空聚对二甲苯薄膜结构，其特征在于，是深孔大面积悬空聚 对二甲苯薄膜结构。3. —种悬空聚对二甲苯薄膜结构的制备工艺，其流程为，首先，制备有孔衬底材料，在 其表面淀积聚对二甲苯做防护层，从而实现有孔衬底；此后为聚对二甲苯悬空薄膜的淀积 作背面支撑保护；接下来淀积聚对二甲苯至所需厚度，形成聚对二甲苯悬空薄膜；最后在 有机溶剂中浸泡从而去掉背面支撑保护。4. 如权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志宏，王玮，张新义，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]