專利名稱：采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子學(xué)與聲表面波器件中的微納加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉 及一種采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法，即具有納米尺度叉 指換能器電極的制作方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)聲表面波傳輸性質(zhì)，對于常見的壓電介質(zhì)，當(dāng)工作中心頻率達(dá)到
1GHz時，叉指電極將小于1微米。隨著移動通信系統(tǒng)的工作頻率向2GHz 以上攀升，以及微傳感技術(shù)的發(fā)展，聲表面波器件正向高頻率、高性能的 方向發(fā)展，這就對聲表面波器件的制作提出挑戰(zhàn)，要求叉指電極寬度和間 距必須越來越小，精度越來越高，甚至達(dá)到百納米左右才能滿足移動通信 市場和傳感技術(shù)快速發(fā)展的要求。
傳統(tǒng)的光學(xué)光刻對密集圖形在500nm以下難以得到好的效果，因此采 用分辨率更高的電子束直寫曝光技術(shù)可以解決密集細(xì)線條圖形的轉(zhuǎn)移問 題。
而聲表面波器件采用壓電襯底材料，這些襯底不導(dǎo)電，由于電荷積聚 效應(yīng)，電子束直寫曝光須有導(dǎo)電層。若先在不導(dǎo)電的壓電基片上沉積電極 材料，然后再進(jìn)行電子束光刻和電極材料刻蝕，用干法刻蝕可以得到好的 電極形狀，但對襯底表面有損傷，器件性能惡化，而采用濕法腐蝕，難以 控制電極形狀且不穩(wěn)定。
為此，我們引入一對電子束背散射小的導(dǎo)電犧牲層，既可解決在絕緣 壓電襯底上電子束直寫曝光的問題，又可以通過剝離工藝保護(hù)襯底表面， 控制電極形狀。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種采用電子束直寫曝光制作 聲表面波器件的方法，以解決在絕緣壓電襯底上進(jìn)行電子束直寫曝光的問 題，并保護(hù)襯底表面，控制電極形狀。
(二)技術(shù)方案 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法，該方法是利用電 子束光刻在壓電襯底上獲得叉指換能器的電子抗蝕劑凹立圖形，然后再用 剝離工藝制作各種聲表面波器件。
上述方案中，該方法具體包括
1) 、在壓電襯底上涂敷電子抗蝕劑；
2) 、對電子抗蝕劑進(jìn)行前烘；
3) 、在電子抗蝕劑上生長導(dǎo)電層；
4) 、對電子抗蝕劑進(jìn)行電子束直寫曝光；
5) 、去除導(dǎo)電層；
6) 、顯影，去除曝光區(qū)域的電子抗蝕劑；
7) 、定影；
8) 、生長叉指電極金屬；
9) 、剝離，將電極圖形從電子抗蝕劑上轉(zhuǎn)移到壓電襯底上。 上述方案中，步驟l)中所述壓電襯底為平整、潔凈的壓電單晶襯底
或壓電薄膜襯底。
上述方案中，所述壓電單晶襯底為石英、LiNb03、 LiTa03、 Li2B407 或La3Ga5Si014，所述壓電薄膜襯底為ZnO、 A1N或GaN。
上述方案中，步驟l)中所述的電子抗蝕劑為ZEP520正性抗蝕劑、 PMMA正性抗蝕劑、SAL601負(fù)性抗蝕劑、HSQ負(fù)性抗蝕劑或Calixarene 負(fù)性抗蝕劑。
上述方案中，步驟3)中所述導(dǎo)電層采用對電子束曝光背散射小的金 屬材料A1、 Ti或Cr，厚度為10nm至20nm。
上述方案中，步驟3)中所述生長導(dǎo)電層采用高溫蒸發(fā)或濺射方式。 上述方案中，步驟4)中所述電子束直寫曝光采用JEOLJBX-5000LS
5電子束光刻系統(tǒng)，加速電壓為50KeV，電子束流小于500pA。
上述方案中，步驟8)中所述叉指電極金屬采用金屬材料A1、 Cu、 Ti、
Cr、 Au、 Ag或Pt。
上述方案中，步驟8)中所述叉指電極金屬生長采用高溫蒸發(fā)、電子
束蒸發(fā)、射頻濺射或磁控濺射。
上述方案中，步驟9)中所述剝離采用去電子抗蝕劑液，對于ZEP520A
正性抗蝕劑，采用丁酮MEK或甲基丙烯酸甲脂MMA，對于PMMA正性
抗蝕劑，采用四氫呋喃或二甲基甲酰胺DMF。
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、 本發(fā)明提供的這種采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法，
制作的叉指電極邊緣陡直，寬度控制好，可用于制作特征線寬在500nm以 下各種聲表面波器件。
2、 本發(fā)明提供的這種采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法， 具有工藝步驟少、簡單、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明提供的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法流 程圖2至圖6是本發(fā)明采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的工藝流 程圖7至圖11是依照本發(fā)明實(shí)施例制作聲表面波器件的工藝流程圖； 圖12和圖13分別是根據(jù)圖7至圖ll所示的具體實(shí)施例流程在ST切
石英襯底上制作的ZEP520A電子抗蝕劑叉指換能器的掩模及相應(yīng)的間距
為400nm的叉指電極的顯微鏡表面照片。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明采用電子束光刻技術(shù)，它是一種有效的納米加工手段，具有納 米級的分辨率。本發(fā)明主要利用電子束直寫曝光，在壓電襯底上形成間距
小于500nrn的叉指換能器的電子抗蝕劑凹立電極圖形，再經(jīng)生長金屬和剝 離即可制作出聲表面波器件。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的采用電子束直寫曝光制作聲表面波
器件的方法流程圖，該方法具體包括以下步驟
1) 、在壓電襯底上涂敷電子抗蝕劑；
2) 、對電子抗蝕劑進(jìn)行前烘；
3) 、在電子抗蝕劑上生長導(dǎo)電層；
4) 、對電子抗蝕劑進(jìn)行電子束直寫曝光；
5) 、去除導(dǎo)電層；
6) 、顯影，去除曝光區(qū)域的電子抗蝕劑；
7) 、定影；
8) 、生長叉指電極金屬；
9) 、剝離，將電極圖形從電子抗蝕劑上轉(zhuǎn)移到壓電襯底上。
基于圖1所示的本發(fā)明提供的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件 的方法流程圖，圖2至圖6示出了本發(fā)明采用電子束直寫曝光制作聲表面 波器件的工藝流程圖。
如圖2所示，在平整、潔凈的壓電單晶如石英、LiNb03、 LiTa03、 Li2B407、 La3Ga5Si014，或壓電薄膜如ZnO、 A1N、 GaN等襯底上用勻膠機(jī) 涂敷高分辨電子抗蝕劑(可采用正性電子抗蝕劑ZEP520、 PMMA等，也可 采用負(fù)性電子抗蝕劑SAL601、 HSQ、 Calixarene等)。然后對上述涂敷好 的電子抗蝕劑采用烘箱或熱板進(jìn)行一定時間和一定溫度的前烘。
如圖3所示，在電子抗蝕劑上采用高溫蒸發(fā)、濺射等方法生長對電子 束曝光背散射小的導(dǎo)電層，如A1、 Ti、 Cr等金屬材料。
如圖4所示，對電子抗蝕劑的區(qū)域電子束直寫曝光(正性電子抗蝕劑 為圖形區(qū)曝光，負(fù)性電子抗蝕劑為非圖形區(qū)曝光)。電子束曝光可采用 JEOL公司生產(chǎn)的JBX-5000LS電子束光刻系統(tǒng)，其加速電壓為50KeV， 電子束流小于500pA。曝光后首先去除電子抗蝕劑上的導(dǎo)電犧牲層，然后 對曝光過的電子抗蝕劑進(jìn)行顯影和定影，去除未曝光區(qū)域的電子抗蝕劑，形成用于剝離的抗蝕劑掩模。通過工藝控制，確定叉指電極區(qū)域的寬度和 形狀。
如圖5所示，利用顯影后的電子抗蝕劑作為掩模，根據(jù)設(shè)計需要蒸發(fā)
叉指電極金屬A1、 Au 、 Ag、 Pt、 Cu、 Ti、 Cr等。
如圖6所示，采用專用去電子抗蝕劑液剝離，完成在襯底上的叉指電 極的制作。
下面以使用ST切石英襯底、ZEP520A正性電子抗蝕劑為例，結(jié)合附 圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝方法和步驟，其中
如圖7所示，采用ST切石英襯底，在該壓電襯底上用勻膠機(jī)涂敷 ZEP520A正性電子抗蝕劑，涂敷轉(zhuǎn)速為3000rpm，涂敷時間為60秒。然 后用烘箱在18(TC下前烘40分鐘。
如圖8所示，在上述ST切石英襯底勻膠后，采用高溫蒸發(fā)方法蒸20nm 的Al作為電子束曝光的導(dǎo)電犧牲層。
如圖9所示，對ZEP520電子抗蝕劑的區(qū)域進(jìn)行電子束直寫曝光。電 子束曝光采用JEOL公司生產(chǎn)的JBX-5000LS電子束光刻系統(tǒng)，其加速電 壓為50KeV，電子束流為500pA，曝光劑量為120pC/cm2。然后用MFCD-26 去處ZEP520A電子抗蝕劑上的Al，用ZEP-RD顯影液顯影40秒，將曝光 區(qū)域的電子抗蝕劑溶掉，并立即用IPA定影，形成用于剝離的抗蝕劑掩模。 圖11是在ST切石英襯底上制作的ZEP520電子抗蝕劑掩模的顯微鏡表面 照片，圖中叉指電極圖形的最小間距為400nm。
如圖10所示，在電子抗蝕劑掩模上電子束蒸發(fā)2nm的Cr和40nm Au (其中Cr主要增加石英與Au叉指電極的粘附性)。
如圖11所示，將蒸過金屬的抗蝕劑掩模放于MEK中剝離，加熱80°C 約30分鐘，浸泡一段時間后用乙醇、水清洗，完成叉指電極的制備。圖 13是根據(jù)圖7至圖11所示的具體實(shí)施例流程在ST切石英襯底上制作的 叉指電極的顯微鏡表面照片，圖中叉指電極的最小線寬為400nm。
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法，其特征在于，該方法是利用電子束光刻在壓電襯底上獲得叉指換能器的電子抗蝕劑凹立圖形，然后再用剝離工藝制作各種聲表面波器件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法，其特征在于，該方法具體包括1) 、在壓電襯底上涂敷電子抗蝕劑；2) 、對電子抗蝕劑進(jìn)行前烘；3) 、在電子抗蝕劑上生長導(dǎo)電層；4) 、對電子抗蝕劑進(jìn)行電子束直寫曝光；5) 、去除導(dǎo)電層；6) 、顯影，去除曝光區(qū)域的電子抗蝕劑；7) 、定影；8) 、生長叉指電極金屬；9) 、剝離，將電極圖形從電子抗蝕劑上轉(zhuǎn)移到壓電襯底上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的 方法，其特征在于，步驟l)中所述壓電襯底為平整、潔凈的壓電單晶襯 底或壓電薄膜襯底。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的 方法，其特征在于，所述壓電單晶襯底為石英、LiNb03、 LiTa03、 Li2B407 或La3Ga5Si014，所述壓電薄膜襯底為ZnO、 A1N或GaN。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的 方法，其特征在于，步驟l)中所述的電子抗蝕劑為ZEP520正性抗蝕劑、 PMMA正性抗蝕劑、SAL601負(fù)性抗蝕劑、HSQ負(fù)性抗蝕劑或Calixarene 負(fù)性抗蝕劑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的 方法，其特征在于，步驟3)中所述導(dǎo)電層采用對電子束曝光背散射小的 金屬材料A1、 Ti或Cr，厚度為10nm至20nm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法，其特征在于，步驟3)中所述生長導(dǎo)電層采用高溫蒸發(fā)或濺射方式。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法，其特征在于，步驟4)中所述電子束直寫曝光采用JEOL JBX-5000LS 電子束光刻系統(tǒng)，加速電壓為50KeV，電子束流小于500pA。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的 方法，其特征在于，步驟8)中所述叉指電極金屬采用金屬材料A1、 Cu、 Ti、 Cr、 Au、 Ag或Pt。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的 方法，其特征在于，步驟8)中所述叉指電極金屬生長采用高溫蒸發(fā)、電 子束蒸發(fā)、射頻濺射或磁控濺射。
11、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的 方法，其特征在于，步驟9)中所述剝離采用去電子抗蝕劑液，對于ZEP520A 正性抗蝕劑，采用丁酮MEK或甲基丙烯酸甲脂MMA，對于PMMA正性 抗蝕劑，采用四氫呋喃或二甲基甲酰胺DMF。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用電子束直寫曝光制作聲表面波器件的方法，該方法是利用電子束光刻在壓電襯底上獲得叉指換能器的電子抗蝕劑凹立圖形，然后再用剝離工藝制作各種聲表面波器件。具體步驟包括在壓電襯底上涂敷電子抗蝕劑；前烘；生長對電子束曝光背散射小的金屬材料；電子束直寫曝光；去除金屬層；顯影；定影；生長叉指電極金屬；剝離。采用這種方法制作的叉指電極的邊緣陡直，寬度控制好，可用于制作特征線寬在500nm以下各種聲表面波器件。這種方法具有工藝步驟少、簡單、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G03F7/42GK101676797SQ200810222329
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者明 劉, 牛潔斌, 趙以貴 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所