制造電氣部件的方法

專利名稱：制造電氣部件的方法
技術領域：
本發明涉及制造電氣部件的方法，特別是涉及這樣一種制造方法，用該方法可以降低電氣部件表面上的接觸電阻。
背景技術：
以前，使用紫外線照射的光刻技術借助電鑄用于制造包括例如Ni(鎳)和Ni合金的金屬的微細電氣部件。然而近些年來，對于具有更高精度和更高形數比(aspect ratio)的電氣部件的需求日益增加，這將注意力吸引到稱為LIGA(Lithographie Galvanoformung Abformung)的過程上，該過程中結合了光刻技術、鍍覆(例如，電鑄)和模制。通過LIGA過程可以制造具有微米級尺寸的電氣部件，特別是通過使用同步加速輻射(SR)的X射線光刻技術。
下面將描述由使用X射線光刻技術的LIGA過程制造電氣部件的方法的示例。
首先，將光致抗蝕劑施加在由Ni等制成的導電性基板的表面全部面積上。隨后，將其中帶有預定形狀的圖案(patterning)的掩膜(mask)置于光致抗蝕劑的表面上，并從掩膜上方的一位置照射SR光。因此，通過去除被SR光照射部分處的光致抗蝕劑，可以使光致抗蝕劑根據預定形狀形成圖案，由此形成母模。從而實現了X射線光刻技術。隨后，通過使用母模完成電鑄，金屬層沉積在不形成光致抗蝕劑的露出的基板表面上。在該情況下，通過將母模作為陰極浸入到電鑄池中并通過在母模和陽極之間施加電流而完成使用母模的電鑄，其中用于形成金屬層的金屬加入到該電鑄池中，陽極與母模分開浸入到電鑄池中。而后，通過拋光因電鑄而過度沉積的部分而部分地去除金屬層。(例如，參考文獻用于顯微機械加工的鎳電鑄的應用.ManabuYasui，Yasuo Hirabayashi，Hiroyuki Fujita.“Hyomen Gijutu”2001，52(11)734-735.)(注“Hyomen Gijutu”字面上翻譯成“表面技術”。)此后，借助使用四氟化碳(CF4)和氧氣(O2)的混合氣的等離子灰化(ashing)去除光致抗蝕劑，并且將金屬層從基板上去除，從而完成電氣部件。
然而，對于由上述方法制造的電氣部件，存在表面接觸電阻較大的問題。對此問題認真研究后，本發明者發現，金屬氧化膜形成在金屬層的過多部分已通過上面提及的拋光而去除的表面上，以及在光致抗蝕劑的等離子灰化期間，氧化膜(MOxM代表金屬，x是整數)引起與氟化氫(HF)的反應，氟化氫(HF)是灰化氣體的溶解產物，即，，由此，由化學反應式MF2x表示的金屬氟化物膜形成在金屬層的表面上。由于金屬氟化物膜極其致密和堅硬，使得去除它是很困難的，因此期望建立一種制造電氣部件的方法，其中電氣部件表面上不形成金屬氟化物膜。

發明內容
在上述情況下，本發明的目的是提供一種制造方法，用該制造方法使得電氣部件表面上的接觸電阻降低。
本發明是一種制造電氣部件的方法，該方法包括在基板的部分表面上形成光致抗蝕劑的步驟、形成光致抗蝕劑后在基板表面上形成金屬層的步驟、去除部分金屬層的步驟、去除由于去除部分金屬層而產生在金屬層表面上的金屬氧化膜的步驟以及去除光致抗蝕劑的步驟。
這里，在根據本發明的電氣部件的制造方法中，所述金屬層可通過電鑄形成在基板表面上。
此外，在根據本發明的制造電氣部件的方法中，所述光致抗蝕劑可以在去除金屬氧化膜后將防氧化元件施加到金屬層表面上的狀態中去除。
在根據本發明的電氣部件的制造方法中，所述金屬層可包括鎳和鐵中至少其一的金屬。
此外，在根據本發明的電氣部件的制造方法中，在去除光致抗蝕劑的步驟之后，可以包括將從鈀、包括鈀和鈷的合金、以及銠中選出的一種金屬鍍覆到所述金屬層表面上的步驟。
在根據本發明的電氣部件的制造方法中，去除光致抗蝕劑的步驟可通過使用包括氟化物的氣體灰化而完成。
使用根據本發明的電氣部件的制造方法，由于通過去除因拋光金屬層而產生的金屬氧化膜而在金屬層的表面上不形成金屬氟化物膜，因此可以在電氣部件的表面上形成良好的鍍覆，由此可以降低電氣部件表面上的接觸電阻。


圖1是示出將光致抗蝕劑施加到本發明中使用的基板表面上的期望條件的示例的示意性截面圖。
圖2是說明提供掩膜在圖1中所示的光致抗蝕劑表面上之后照射SR光的狀態的示意性截面圖。
圖3是示出本發明中使用的母模的期望示例的示意性截面圖。
圖4是說明使用圖3中所示的母模進行電鑄的示意性截面圖。
圖5是示出金屬層沉積在圖3中所示的母模上的期望條件的示例的示意性截面圖。
圖6是示出金屬氧化膜形成在圖5中所示的金屬層表面上的期望條件的示例的示意性截面圖。
圖7是示出去除圖6中所示的金屬氧化膜的期望條件的示例的示意性截面圖。
圖8是說明去除圖7中所示的光致抗蝕劑的期望狀態的示例的示意性截面圖。
圖9是說明將圖8中所示的金屬層從基板去除的期望狀態的示例的示意性截面圖。
圖10是說明已將金屬氧化膜從本發明中使用的基板表面上的金屬層去除的期望狀態的示例的示意性截面圖。
圖11是說明提供防氧化元件在圖10中所示的金屬層表面上的期望狀態的示例的示意性截面圖。
圖12是說明去除圖11中所示的光致抗蝕劑的期望狀態的示例的示意性截面圖。
圖13是說明將圖12中所示的金屬層從基板上去除的期望狀態的示例的示意性截面圖。
具體實施例方式
下面將描述本發明的實施例。在附圖中，相同的標記分別是指相同或相應的部件。
(實施例1)將參照附圖描述根據本發明的電氣部件的制造方法的優選示例。首先，如圖1的截面圖示例性地示出，光致抗蝕劑2施加到導電性基板1的全部表面。在該情況下，基板1可以是由不銹鋼、銅或鋁等制成的導電性的基板，或者可以是這樣的基板在該基板中，導電層由將鈦、鋁、銅或這些金屬的合金濺射到由硅或玻璃等制成的非導電性基板上而形成。對于光致抗蝕劑，例如使用包括碳和氫的樹脂(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))。
隨后，如圖2的示意性截面圖中示出，其中以期望圖案形成開口的掩膜3放置在光致抗蝕劑2的表面上之后，X射線4從掩膜3上方的一位置照射。而后，如圖3的示意性截面圖中示出，光致抗蝕劑2的被X射線照射的部分被去除，并由此制備好母模5，在該母模5中，光致抗蝕劑2形成在基板1的部分表面上。
隨后，如圖4的示意性視圖中所示，用作陰極的母模與陽極9(例如，由鎳制成)一起浸入到包含在電鍍槽中的包括金屬離子的電解液7中。而后，通過在這兩電極之間流過電流以完成電鑄，電解液7中的金屬離子減少，從而金屬沉積在基板1上，如圖5的示意性截面圖中所示，金屬層6形成在基板1的表面上。隨后，將母模從電鍍槽中取出之后，通過拋光去除金屬層6的一部分，使得金屬層6的表面在高度方面具有與光致抗蝕劑2的表面相同的水平。在此過程期間，金屬氧化膜10形成在金屬層6的表面上，如圖6的示意性截面圖中所示。設想空氣中的氧和金屬層6表面中的金屬結合在一起，從而形成金屬氧化膜10。
而后，如圖7的示意性截面圖中所示，圖6中所示的金屬層6表面上的金屬氧化膜10被去除。在該情況下，金屬氧化膜10可以由化學方法去除，例如用1pH或更低的強酸、氫氟酸、有機酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、季銨酰亞胺化合物、或銨與過氧化氫的混合物(溶液由氨水和雙氫水混合而成)等，或者可以由物理腐蝕去除。還可以通過在稀硫酸中電解拋光或者通過電化學方法而去除金屬氧化膜10，在該電化學方法中，在一個電極和形成有金屬氧化膜10并用作另一電極的金屬層6之間施加不引起金屬層6被洗提水平的電壓。
隨后，通過借助于使用包括氧氣和氟化物(例如，四氟化碳或氟化氙)的氣體的等離子體而完成灰化，去除基板1上的光致抗蝕劑2，如圖8的示意性截面圖中所示。在該情況下，由于金屬層6的表面上不存在金屬氧化膜，因此不會形成由金屬氧化膜和HF之間反應生成的金屬氟化物膜，其中HF是用于灰化的氣體的溶解產物。此后，如圖9的示意性截面圖中所示，金屬層6從基板1上去除。從而得到了本發明的電氣部件(金屬層6)。在本發明的不形成金屬氟化物膜的電氣部件中，可以降低電氣部件表面上的接觸電阻。
根據本發明的由上述可以得到的電氣部件是，例如，接觸探針、微型連接器、微型繼電器以及各種傳感器部件。此外，由本發明得到的電氣部件的示例是可變電容、電感、例如陣列或天線的射頻微型機電系統(RFMEMS)、光MEMS元件、墨噴頭、生物傳感器中的電極、或電源MEMS元件(電極等)。
如果金屬層6由鎳和鐵中至少其一制成，則本發明優選地得到應用，這是因為當金屬層6拋光后，容易形成金屬氧化膜10。包括鎳和鐵中至少其一的這種金屬是，例如，鎳本身、包括鎳和錳的合金(Ni-Mn合金)、包括鎳和鐵的合金(Ni-Fe合金)、包括鎳和鈷的合金(Ni-Co合金)、包括鎳和鉻的合金(Ni-Cr合金)、包括鐵和鉻的合金(Fe-Cr合金)以及包括鎳、鐵和鉻的合金(Ni-Fe-Cr合金)。
在本發明中，從鈀、包括鈀和鈷的合金、或銠中選出的一種金屬可以在基板1上已形成金屬層6的狀態中或者在將金屬層6從基板1上去除以后，通過電鍍或無電鍍鍍覆于金屬層6的表面上。如果上述金屬在未去除金屬層6表面上的金屬氧化膜10的條件下通過電鍍而鍍覆，則有時因金屬氟化物膜的形成而導致無法導電從而不能完成鍍覆，并且即使進行了鍍覆，得到的鍍膜也是不均勻的。在無電鍍的情況下，鍍膜的附著力因金屬氟化物膜的存在而降低。然而，如果完成了去除金屬層6表面上的金屬氧化膜10的步驟(如本發明中的情況)，由于金屬層6表面上不形成有金屬氟化物膜，則可以通過電鍍或無電鍍鍍覆上述金屬而形成具有較高附著力且無不均勻性的鍍膜。
(實施例2)參照附圖，下面將描述根據本發明的電氣部件的制造方法的另一優選示例。首先，如圖10的示意性截面圖中所示，去除金屬層6表面上形成的金屬氧化膜步驟之前的制造步驟均與上述實施例1中的相同。下面，如圖11的示意性截面圖中所示，金屬層6的表面上提供有防氧化元件11。如果防氧化元件11能防止金屬層6的表面被氧化，則該防氧化元件11不受特別的限制例如，它可以通過與例如銅的金屬一起電鍍而形成。
如圖12的示意性截面圖中所示，通過借助于使用包括氧氣和氟化物(例如，四氟化碳或氟化氙)的氣體的等離子體而完成灰化，去除基板1上的光致抗蝕劑2。在該情況下，由于防氧化元件11提供在金屬層6的表面上，因此金屬層6的表面上不形成金屬氟化物膜。隨后將防氧化元件11從金屬層表面上去除。可以通過將防氧化元件11浸入到氨和過氧化氫的混合劑、硫酸溶液或氨溶液等中而去除該防氧化元件11。而后，如圖13的示意性截面圖中所示，金屬層6從基板1上去除，并得到了本發明的電氣部件(金屬層6)。由于根據本發明而得到的電氣部件的表面上不形成有金屬氟化物膜，因此可以降低電氣部件表面上的接觸電阻。
省略對上述實施例2的其它部分的描述，因為其與上述實施例1相同。
示例(示例1)包括PMMA的光致抗蝕劑施加到由不銹鋼制成的基板的全部表面上，并且當照射同步加速輻射(SR)，即X射線，到部分光致抗蝕劑之后，去除光致抗蝕劑被照射的部分以露出基板的表面，從而形成具有帶有被去除部分的開口的光致抗蝕劑，該被去除部分具有60μm的寬度，1mm的長度和60μm的深度。
這樣制備好的母模用作陰極，并且鎳板用作陽極，由此將該兩電極放入到具有下列組分并包含在電解槽中的pH 4.0的電解液中。從而，當電解液保持在60℃溫度時且在兩電極之間流過電流密度為4A/dm2的電流時，完成電鑄。下述電解液組分的標記表示每種成分在每1L電解液中的質量或體積。除了在下列組分中描述的成分外，電解液的其余部分是水。
<電解液的組分>
氨基磺酸鎳600g/L氯化鎳10g/L硼酸40g/L經由如上述的電鑄將鎳層沉積到基板上之后，通過拋光并去除凸出到光致抗蝕劑表面高度上方的鎳部分，使鎳層的表面和光致抗蝕劑的表面具有相同的高度。而后，將市場上可買到的強酸表面處理劑(由Kizai公司制造的“KOKEISAN RP”)施加到鎳層的表面上，從而去除由拋光在鎳層表面上形成的氧化鎳膜。隨后，使用體積比為1∶1的氧氣和四氟化碳的混合氣體，在下列條件下完成灰化以去除光致抗蝕劑。
<灰化條件>
混合氣體壓力0.5托電功率100瓦過程時間200分鐘在上述灰化后，通過從基板上去除鎳層而得到的電氣部件的表面經俄歇電子能譜(ASE)分析，沒有檢測到氟。當在下列鍍覆條件下完成到電氣部件表面的電鍍時，令人滿意的鍍銠膜形成在全部表面上。這些結果證明，在該示例中，防止了氟化鎳薄膜的形成，并且得到了具有令人滿意的鍍銠膜且無不均勻性的電氣部件。在下列鍍覆條件下，電鍍槽項中除了所描述的成分外的全部成分是水。
<鍍覆條件>
鍍覆槽硫酸銠(sulfuric acid rhodium)1.5g/L；硫酸20ml/L浴溫50℃電流密度2A/dm2陽極鉑板時間100秒(示例2)以與示例1中相似的方式，在通過電鑄將鎳層沉積到母模的由不銹鋼制成的基板上之后，拋光鎳層以使其與光致抗蝕劑的表面在高度方面具有相同的表面水平。而后，在使用與示例1中相同的表面處理劑去除鎳層表面上的氧化鎳膜之后，銅鍍膜以3μm的厚度作為防氧化元件形成在鎳層表面上。隨后，通過在與示例1相同的條件下完成灰化而去除光致抗蝕劑。
上述灰化后得到的基板浸入到氨和過氧化氫的混合劑中以僅溶解鎳層表面上的銅鍍膜。
隨后，與示例1中相同，對由從基板上去除鎳層而得到的電氣部件進行AES分析，沒有檢測到氟。此外，在與示例1中相同的條件下進行鍍覆，可以在全部表面上實現令人滿意的鍍覆。由這些結果，該示例中也證實防止氟化鎳薄膜的形成，并且得到具有令人滿意的鍍膜且無不均勻性的電氣部件。
(比較示例1)
除了形成在鎳層表面上的氧化鎳膜不通過拋光去除以外，電氣部件使用與示例1中相同的方法制造。當電氣部件以與示例1中相同的方式經AES分析時，在該電氣部件的表面上檢測到約2nm厚的氟。
此外，當在與示例1中相同的條件下完成到這些電氣部件上的鍍覆時，銠鍍膜未形成在與另一方式的電鑄后拋光的鎳層表面相對應的表面上。
(比較示例2)以與比較示例1相同的方式，制備如表I中所示的樣品No.1到No.6直到完成灰化，并且分別使用如表I中所示的各種表面處理劑對它們進行預鍍覆處理。隨后，對它們進行嘗試去除金屬層表面上形成的氟化鎳薄膜。而后，對經受預鍍覆處理的樣品在與示例1相同的條件下進行鍍覆。表I示出預鍍覆處理的條件和鍍覆的結果。在表I中，“％”是指質量％，“處理溫度”是指各表面處理劑的溫度，以及“處理時間”是指鎳層浸入到各表面處理劑中期間的時間。此外，表I中鍍覆結果欄中的標記“×”表示不能實現鍍覆。
表1

如表I中所示，發現在所有情況下均未實現令人滿意的鍍覆并且不能去除氟化鎳薄膜。
應當指出，在該說明書中公開的所有實施例和示例都是示例性的，并在各個方面都不是限制性的。本發明的范圍將由權利要求示出，而不是上述描述，并且意指包括權利要求中和等同范圍和內容中的所有改變。
權利要求
1.一種制造電氣部件的方法，包括如下步驟在基板的部分表面上形成光致抗蝕劑；形成所述光致抗蝕劑后在基板表面上形成金屬層；去除所述金屬層的一部分；去除由于去除部分所述金屬層而形成在所述金屬層表面上的金屬氧化膜；以及去除所述光致抗蝕劑。
2.根據權利要求1的制造電氣部件的方法，其中所述金屬層通過電鑄形成在所述基板的表面上。
3.根據權利要求1的制造電氣部件的方法，其中所述光致抗蝕劑在去除所述金屬氧化膜后將防氧化元件施加到所述金屬層表面上的狀態中去除。
4.根據權利要求1的制造電氣部件的方法，其中所述金屬層包括鎳和鐵中至少其一的金屬。
5.根據權利要求1的制造電氣部件的方法，其中在去除光致抗蝕劑的步驟之后，包括將從鈀、包括鈀和鈷的合金、以及銠中選出的一種金屬鍍覆到所述金屬層表面上的步驟。
6.根據權利要求1的制造電氣部件的方法，其中去除光致抗蝕劑的步驟通過使用包括氟化物的氣體灰化而完成。
全文摘要
本發明公開了一種制造電氣部件的方法，該方法包括如下步驟在基板的部分表面上形成光致抗蝕劑；形成所述光致抗蝕劑后在基板表面上形成金屬層；去除所述金屬層的一部分；去除由于去除部分所述金屬層而形成在所述金屬層表面上的金屬氧化膜；以及去除所述光致抗蝕劑。使用該方法可以降低電氣部件表面上的接觸電阻。
文檔編號H05K3/00GK1764348SQ200510097680
公開日2006年4月26日 申請日期2005年8月31日 優先權日2004年9月1日
發明者新田耕司, 稻澤信二, 平田嘉裕, 岡田一范 申請人:住友電氣工業株式會社