聚对二甲苯刻蚀方法、聚对二甲苯神经电极及制备方法

本发明属于柔性材料和器件，具体涉及一种聚对二甲苯刻蚀方法、聚对二甲苯神经电极及制备方法。

背景技术：

1、聚对二甲苯(parylene)因其与微纳加工工艺的兼容性以及出色的材料特性，在微机电系统(mems)中被广泛应用，成为最常用的聚合物材料之一。作为一种化学稳定且具备生物相容性的材料，聚对二甲苯已经通过美国药典(usp)的vi类生物相容性认证，适用于柔性材料领域。该材料已广泛应用于微流体、植入式神经电极等领域。目前，有几种报道了关于聚对二甲苯的刻蚀方法，包括氯萘或苯甲酸苄酯湿法刻蚀、激光微加工和干法刻蚀等。其中，干法刻蚀中的反应离子刻蚀技术是一种广泛使用且有效的方法。然而，为了实现具有小特征尺寸且无刻蚀残留的干法刻蚀，仍需对刻蚀方法进行优化。在刻蚀掩膜的选择方面，可以使用硬掩模如钛、铝、镍等金属，以及光刻胶掩模。尽管这些方法已经在特定的parylene器件结构方面取得了一定成绩，但是传统的光刻胶刻蚀速率与聚对二甲苯接近，因此其并不适合于刻蚀厚度较厚的聚对二甲苯；同时，厚光刻胶在显影后存在分辨率不足，在刻蚀中也会出现宽度损失，都会影响刻蚀图案化的精度。金属具有非常高的选择比，可以刻蚀较厚的聚对二甲苯，并且图案具有较高的分辨率；但是在强氧气等离子体下，金属掩膜会出现重复溅射到聚对二甲苯表面形成微掩膜，导致产生聚对二甲苯残留的问题。

2、法国图卢兹大学aziliz研究团队对23微米厚的parylene探针进行了刻蚀研究，并比较了镍掩膜和传统正性光刻胶掩膜的效果。研究发现，在等离子体作用下，镍金属会重复溅射形成微小掩膜，影响parylene的刻蚀效果。而正性光刻胶在等离子体作用下会迅速过热，在几分钟内形成裂纹和气泡。因此，研究团队采用了凸起电镀负性(bpn)负型光刻胶作为parylene的掩膜。该光刻胶厚度可达50～60微米，可以满足长时间高功率的等离子体刻蚀需求，并且残留非常少，成功在硅片上释放了parylene探针。但是，厚光刻胶在显影后的图案分辨率较低，对于精细应用场景仍无法满足要求。

3、另外，北京大学王伟课题组提出了优化刻蚀气体的方法，以去除金属微掩膜产生的残留物。研究团队首先使用正性az 9260光刻胶作为parylene刻蚀掩膜，在去除掩膜后观察到大约7μm的宽度损失。然后，他们通过以六氟化硫(sf6)优化的氧气等离子体刻蚀，成功去除了溅射的金属微掩膜，确保了刻蚀的准确性。该优化方法通过改变刻蚀气体的方式有效地去除残留的金属掩膜，提高刻蚀的精度。但是，该方法需要对气体比例进行优化，实验步骤比较繁琐。

4、因此，现有聚对二甲苯在刻蚀掩膜选择方面，存在光刻胶侧壁不垂直引起的精度损失、金属溅射导致parylene刻蚀残留以及刻蚀工艺复杂的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种聚对二甲苯刻蚀方法、聚对二甲苯神经电极及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明实施例提供了一种基于二氧化硅掩膜的聚对二甲苯刻蚀方法，包括步骤：

3、在聚对二甲苯层上使用光刻胶进行刻蚀区域的图案化，形成图案化的光刻胶并露出所述刻蚀区域以外的聚对二甲苯层表面；

4、在所述图案化的光刻胶上和所述聚对二甲苯层的露出表面上淀积二氧化硅，其中，淀积温度为50～100℃；

5、剥离所述图案化的光刻胶和所述图案化的光刻胶上的二氧化硅，形成二氧化硅硬掩膜；

6、使用反应离子刻蚀法，以所述二氧化硅硬掩膜作掩膜对所述刻蚀区域的聚对二甲苯层进行刻蚀，形成目标刻蚀结构；

7、去除掉所述二氧化硅硬掩膜。

8、在本发明的一个实施例中，所述光刻胶包括负胶。

9、在本发明的一个实施例中，在所述图案化的光刻胶上和所述聚对二甲苯层的露出表面上淀积二氧化硅，包括：

10、使用电感耦合等离子体化学气相沉积方法在所述图案化的光刻胶上和所述聚对二甲苯层的部分表面上淀积二氧化硅，其中，二氧化硅的厚度为100～200nm。

11、在本发明的一个实施例中，剥离所述图案化的光刻胶和所述图案化的光刻胶上的二氧化硅，形成二氧化硅硬掩膜，包括：

12、采用剥离工艺，将样品浸泡在丙酮溶液中进行超声处理，使得所述图案化的光刻胶和所述图案化的光刻胶上的二氧化硅剥离，形成二氧化硅硬掩膜。

13、在本发明的一个实施例中，使用反应离子刻蚀法，以所述二氧化硅硬掩膜作掩膜对所述刻蚀区域的聚对二甲苯层进行刻蚀，形成目标刻蚀结构，包括：

14、使用反应离子刻蚀法，以所述二氧化硅硬掩膜作掩膜对所述刻蚀区域的聚对二甲苯层进行多次刻蚀，每次刻蚀之后间隔预设时间再进行下一次刻蚀，形成目标刻蚀结构。

15、在本发明的一个实施例中，每次刻蚀时间为3min，所述预设时间为10～15min。

16、本发明的另一个实施例提供了一种基于二氧化硅掩膜的聚对二甲苯神经电极的制备方法，包括步骤：

17、在硅衬底上制备聚对二甲苯衬底；

18、在所述聚对二甲苯衬底上制备图案化的金属电极层，同时露出所述金属电极层以外的聚对二甲苯衬底表面；

19、在所述图案化的金属电极层上和所述聚对二甲苯衬底的露出表面上制备粘附层；

20、在所述粘附层上制备聚对二甲苯封装层；

21、在所述聚对二甲苯封装层上使用光刻胶进行刻蚀区域的图案化，形成图案化的光刻胶并露出所述刻蚀区域以外的聚对二甲苯封装层表面；

22、在所述图案化的光刻胶和所述聚对二甲苯封装层的露出表面淀积二氧化硅；

23、剥离所述图案化的光刻胶和所述图案化的光刻胶上的二氧化硅，形成二氧化硅硬掩膜；

24、使用反应离子刻蚀法，以所述二氧化硅硬掩膜作掩膜对所述刻蚀区域的聚对二甲苯封装层进行刻蚀，直至刻蚀到所述金属电极层的表面；

25、去除所述二氧化硅硬掩膜；

26、按照电极轮廓对样品进行切割并从硅衬底释放，形成聚对二甲苯神经电极。

27、在本发明的一个实施例中，所述聚对二甲苯衬底的厚度为5～10μm；

28、所述金属电极层的材料包括ti、pt中的一种或多种，厚度为100～300nm；

29、所述聚对二甲苯封装层的厚度为5～10μm。

30、在本发明的一个实施例中，按照电极轮廓对样品进行切割并从硅衬底释放，形成聚对二甲苯神经电极之后，还包括步骤：

31、在所述聚对二甲苯神经电极的金属焊盘的背面粘贴聚酰亚胺胶带。

32、本发明的再一个实施例提供了一种聚对二甲苯神经电极，由上述实施例所述的制备方法制得，包括聚对二甲苯衬底、图案化的金属电极层和聚对二甲苯封装层，其中，

33、所述图案化的金属电极层位于所述聚对二甲苯衬底上；

34、所述聚对二甲苯封装层位于所述金属电极层和所述聚对二甲苯衬底上。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果：

36、1、本发明的刻蚀方法以二氧化硅作为聚对二甲苯的硬掩膜，二氧化硅掩膜具有刻蚀选择比高和分辨率高的优点，能够应对不同厚度的聚对二甲苯，实现精细图案的刻蚀，提供了刻蚀过程中的高稳定性、高分辨率和高选择比，具有广泛的应用前景；与传统的光刻胶和金属掩膜相比，采用二氧化硅硬掩膜的方法能够避免光刻胶侧壁不垂直引起的精度损失，以及金属溅射导致的聚对二甲苯刻蚀残留问题，在刻蚀过程中无需考虑选择比或气体组合等参数，适用于大规模量产需求；同时，二氧化硅掩膜的整体淀积速度较高，具备工艺制备简化和低成本的优势。

37、2、本发明二氧化硅的淀积温度为50～100℃，属于低温生长工艺，淀积二氧化硅时不会引起聚对二甲苯的结晶或氧化反应；同时，由于采用剥离工艺进行二氧化硅的图案化，低温沉积环境使得剥离效率更高，不会对聚对二甲苯造成二次损伤。