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聚酰亞胺絕緣層的工藝和性能

點擊次數:811    發布日期:2013-07-12   本文鏈接:http://www.miribilla.net/datum/84.html

      等離子體刻蝕技術因其較高的刻蝕速率、良好的方向性和材料選擇性等優勢得到了廣泛應用 。但在傳統的刻蝕加工中, 等離子體作用于整個樣品表面, 需要昂貴的模版及復雜圖形轉移工藝來實現局域加工 。近年來, 許多研究者嘗試將等離子體限制在1 mm 以下的柱形放電管或微結構中, 可實現局部無掩膜刻蝕, 甚至可以在各種非平面樣品表面進行三維立體加工 。然而, 這些微等離子體無掩膜刻蝕器件通常只能達到百微米的刻蝕分辨率, 遠不能滿足更高精度加工的需求。為此, 作者課題組提出了一種基于并行探針驅動的掃描等離子體無掩膜加工方法, 即將倒金字塔微放電器集成在掃描探針的針尖上, 利用倒金字塔空心陰極效應放電產生高濃度等離子體, 并將其通過倒金字塔尖端的納米孔導出到樣品表面,實現亞微米量級的無掩膜掃描加工。
A novel technique was developed to fabricate the insulting polyimide ( PI) thin film for micro-plasma reactor.
The impacts of the PI imidization and the ion etching conditions, including the react ive ion etching rate, gas flowrate, gas compositions, and cleaning procedures, on the etching rate, film quality and etching residues were evaluated. Adedicated circuitry was developed to measure the dielectric coefficient and breakdown intensity of the PI films.The results show that the imidizat ion mode and ion etching conditions strongly affects the film quality and the etching rate. For instance,high etching rate and good PI films could be obtained with the PI raw films imidized by stepped heating and etchedunder the following conditions: a reactive etching power of 60W, an oxygen flow rate of 60 cm3/ min( standard state) , in asolution of 5% SF6 or 10% CHF3. Its dielectric coefficient and breakdown intensity were found to be 218 and 125 V/ Lm,respectively. The fabricated micro-plasma reactor with PI insulat ion structure was capable of stably discharging at 10 kPaSF6.
      微放電器是無掩膜掃描等離子體刻蝕系統中的關鍵器件, 主要包括陽極金屬/ 絕緣層/ 陰極金屬三層結構, 其中絕緣層選擇具有良好熱電性能的聚酰亞胺( PI) 。制作性能優異的PI 膜是微放電器制作中至關重要的工藝, 包括制備和圖形化步驟, 處理不當將會出現裂紋、殘留物等問題, 影響其性能。另外, 由于所設計的倒金字塔微放電器的特征尺寸有50, 100 Lm 兩種, 槽深分別約為35, 70 Lm, 深槽的存在使PI 膜的圖形化工藝難度大大增加。
      微放電器的電極材料為Ni, 厚度為200 nm, PI選擇ZKPI-305, 厚度為8 Lm, 基片選擇< 100> 晶向的Si 片 。簡化的倒金字塔微放電器的工藝流程, 首先用濕法刻蝕獲得倒金字塔, 接著濺射陰極Ni, 制備PI 絕緣層, 然后涂覆光刻膠并實現反轉圖形化、濺射陽極Ni 并實現剝離, *后將PI 圖形化。
      本文主要研究了應用于微放電器的聚酰亞胺絕緣層的工藝及性能, 重點分析了PI 制備過程中亞胺化程度和圖形化過程中RIE 刻蝕功率、氣體流量、氣體成分、清洗等因素對于刻蝕裂紋、刻蝕速率和殘留物的作用, 實驗表明PI 熱環化采用階梯升溫方式, RIE刻蝕功率為60 W、O2 流量為60 cm3/min、加入5%SF6 或10% CHF3 時可保證較好的質量且獲得較高的刻蝕速率。設計電路測得PI 相對介電常數為218, 介電擊穿強度為125 V/ Lm。*后將該PI 成功的應用于微放電器中, 測得了微放電器在SF6 中穩定放電的V-I 特性, 為后續的無掩膜掃描等離子體刻蝕加工奠定了基礎。

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