空气桥制作方法、空气桥及电子设备

摘要

本申请的实施例提供了一种空气桥制作方法、空气桥及电子设备。该空气桥制作方法包括：在衬底上涂覆第一层光刻胶；在所述第一层光刻胶上涂覆第二层光刻胶；对所述第二层光刻胶进行曝光处理、显影处理及定影处理，以在所述第二层光刻胶上形成沉积桥撑的图形化结构；透过所述图形化结构刻蚀掉指定区域内的第一层光刻胶，以在所述衬底上形成阻挡沉积材料向周边扩散的结构，所述指定区域包含所述图形化结构的顶部开口在所述第一层光刻胶上形成的投影区域；在刻蚀掉所述指定区域内的第一层光刻胶后露出的衬底表面沉积桥撑结构，并基于所述桥撑结构形成空气桥。本申请实施例的技术方案可以实现对空气桥桥撑角度的有效控制及调整。

权利要求

1.一种空气桥制作方法，其特征在于，包括：

在衬底上涂覆第一层光刻胶；

在所述第一层光刻胶上涂覆第二层光刻胶；

对所述第二层光刻胶进行曝光处理、显影处理及定影处理，以在所述第二层光刻胶上形成沉积桥撑的图形化结构；

透过所述图形化结构刻蚀掉指定区域内的第一层光刻胶，以在所述衬底上形成阻挡沉积材料向周边扩散的结构，所述指定区域包含所述图形化结构的顶部开口在所述第一层光刻胶上形成的投影区域，所述阻挡沉积材料向周边扩散的结构突出于所述图形化结构的底部；

在刻蚀掉所述指定区域内的第一层光刻胶后露出的衬底表面沉积桥撑结构，并基于所述桥撑结构形成空气桥。

2.根据权利要求1所述的空气桥制作方法，其特征在于，在所述衬底上涂覆第一层光刻胶之后，对所述第一层光刻胶进行第一烘烤；

在所述第一层光刻胶上涂覆第二层光刻胶之后，对所述第二层光刻胶进行第二烘烤，所述第二烘烤的温度小于或等于所述第一烘烤的温度。

3.根据权利要求1所述的空气桥制作方法，其特征在于，基于所述桥撑结构形成空气桥，包括：在沉积所述桥撑结构之后，去除所述衬底上的第二层光刻胶和所述第一层光刻胶；

在去除所述衬底上的第二层光刻胶和所述第一层光刻胶之后，在形成有所述桥撑结构的衬底表面进行套刻及金属蒸镀处理，以形成所述空气桥。

4.根据权利要求3所述的空气桥制作方法，其特征在于，去除所述衬底上的第二层光刻胶和所述第一层光刻胶，包括：将形成有所述桥撑结构、所述第一层光刻胶和所述第二层光刻胶的衬底置于去胶剥离液中，以去除所述第二层光刻胶和所述第一层光刻胶。

5.根据权利要求4所述的空气桥制作方法，其特征在于，若所述第一层光刻胶的去胶剥离液与所述第二层光刻胶的去胶剥离液不同，则先将形成有所述桥撑结构、所述第一层光刻胶和所述第二层光刻胶的衬底置于所述第二层光刻胶的去胶剥离液中；

在去除所述第二层光刻胶之后，将形成有所述桥撑结构和所述第一层光刻胶的衬底置于所述第一层光刻胶的去胶剥离液中。

6.根据权利要求1所述的空气桥制作方法，其特征在于，所述曝光处理包括紫外线曝光或激光直写。

7.根据权利要求1所述的空气桥制作方法，其特征在于，所述第一层光刻胶的厚度与所要沉积的桥撑结构的高度满足以下条件：其中， 表示所述第一层光刻胶的厚度； 表示所要沉积的桥撑结构的高度。

8.根据权利要求1所述的空气桥制作方法，其特征在于，透过所述图形化结构对所述第一层光刻胶的刻蚀时长与需要在所述衬底表面沉积得到的桥撑结构的桥撑角度大小成反相关关系。

9.根据权利要求1所述的空气桥制作方法，其特征在于，所述图形化结构的底部宽度大于所述图形化结构的顶部开口宽度，其中，所述图形化结构的底部与所述第一层光刻胶相接触。

10.根据权利要求9所述的空气桥制作方法，其特征在于，所述图形化结构的剖面为正梯形。

11.根据权利要求1所述的空气桥制作方法，其特征在于，对所述第二层光刻胶进行显影处理所使用的显影液与所述第一层光刻胶之间不发生物理反应及化学反应。

12.一种空气桥，其特征在于，所述空气桥由权利要求1至11中任意一项所述的空气桥制作方法制备而成。

13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括由权利要求1至11中任意一项所述的空气桥制作方法制备而成的空气桥。

说明书

空气桥制作方法、空气桥及电子设备

技术领域

[0001] 本申请涉及半导体、超导、量子及微纳加工技术领域，具体而言，涉及一种空气桥制作方法、空气桥及电子设备。

背景技术

[0002] 在高频及超高频器件中，需要降低金属电极引线的寄生电容以提高器件的灵敏度。由于空气的介电常数值接近1，利用空气桥方法实现金属电极引线能极大地降低寄生电容，避免使用沉积价格昂贵的低介电常数介质薄膜材料的工艺流程；同时空气桥结构为电极引线提供低热阻连接和散热通道。

[0003] 具体而言，空气桥是一种电路结构，它是以三维桥形结构实现平面电路跨接的一种方式。由于桥与电路之间的介质为空气（或者真空），所以称之为空气桥（或者真空桥），一般也会简称为空桥。其中，空气桥的桥撑角度决定了空气桥的稳定性，然而相关技术中并没有提出有效的调整空气桥的桥撑角度的方案。

发明内容

[0004] 本申请的实施例提供了一种空气桥制作方法、空气桥及电子设备，进而至少在一定程度上可以实现对空气桥桥撑角度的有效控制及调整。

[0005] 本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

[0006] 根据本申请实施例的一个方面，提供了一种空气桥制作方法，包括：在衬底上涂覆第一层光刻胶；在所述第一层光刻胶上涂覆第二层光刻胶；对所述第二层光刻胶进行曝光处理、显影处理及定影处理，以在所述第二层光刻胶上形成沉积桥撑的图形化结构；透过所述图形化结构刻蚀掉指定区域内的第一层光刻胶，以在所述衬底上形成阻挡沉积材料向周边扩散的结构，所述指定区域包含所述图形化结构的顶部开口在所述第一层光刻胶上形成的投影区域；在刻蚀掉所述指定区域内的第一层光刻胶后露出的衬底表面沉积桥撑结构，并基于所述桥撑结构形成空气桥。

[0007] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，在所述衬底上涂覆第一层光刻胶之后，对所述第一层光刻胶进行第一烘烤；在所述第一层光刻胶上涂覆第二层光刻胶之后，对所述第二层光刻胶进行第二烘烤，所述第二烘烤的温度小于或等于所述第一烘烤的温度。

[0008] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，基于所述桥撑结构形成空气桥，包括：在沉积所述桥撑结构之后，去除所述衬底上的第二层光刻胶和所述第一层光刻胶；在去除所述衬底上的第二层光刻胶和所述第一层光刻胶之后，在形成有所述桥撑结构的衬底表面进行套刻及金属蒸镀处理，以形成所述空气桥。

[0009] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，去除所述衬底上的第二层光刻胶和所述第一层光刻胶，包括：将形成有所述桥撑结构、所述第一层光刻胶和所述第二层光刻胶的衬底置于去胶剥离液中，以去除所述第二层光刻胶和所述第一层光刻胶。

[0010] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，若所述第一层光刻胶的去胶剥离液与所述第二层光刻胶的去胶剥离液不同，则先将形成有所述桥撑结构、所述第一层光刻胶和所述第二层光刻胶的衬底置于所述第二层光刻胶的去胶剥离液中；在去除所述第二层光刻胶之后，将形成有所述桥撑结构和所述第一层光刻胶的衬底置于所述第一层光刻胶的去胶剥离液中。

[0011] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述曝光处理包括紫外线曝光或激光直写。

[0012] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述第一层光刻胶的厚度与所要沉积的桥撑结构的高度满足以下条件：

[0013]

[0014] 其中， 表示所述第一层光刻胶的厚度； 表示所要沉积的桥撑结构的高度。

[0015] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，透过所述图形化结构对所述第一层光刻胶的刻蚀时长与需要在所述衬底表面沉积得到的桥撑结构的桥撑角度大小成反相关关系。

[0016] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述图形化结构的底部宽度大于所述图形化结构的顶部开口宽度，其中，所述图形化结构的底部与所述第一层光刻胶相接触。

[0017] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述图形化结构的剖面为正梯形。

[0018] 在本申请的一些实施例中，基于前述方案，对所述第二层光刻胶进行显影处理所使用的显影液与所述第一层光刻胶之间不发生物理反应及化学反应。

[0019] 根据本申请实施例的一个方面，提供了一种空气桥，其特征在于，所述空气桥由上述实施例中任意一项所述的空气桥制作方法制备而成。

[0020] 根据本申请实施例的一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括由上述实施例中任意一项所述的空气桥制作方法制备而成的空气桥。

[0021] 在本申请的一些实施例所提供的技术方案中，通过在衬底上依次涂覆第一层光刻胶和第二层光刻胶，然后对第二层光刻胶进行曝光处理、显影处理及定影处理，以在第二层光刻胶上形成沉积桥撑的图形化结构，进而透过图形化结构刻蚀掉指定区域内的第一层光刻胶，由于该指定区域包含图形化结构的顶部开口在第一层光刻胶上形成的投影区域，因此使得在刻蚀掉指定区域内的第一层光刻胶后露出的衬底表面沉积桥撑结构时，未被刻蚀掉的第一层光刻胶能够阻挡沉积材料向四周扩散，而对投影区域内的第一层光刻胶的刻蚀程度（如刻蚀的多少）也能够影响到对沉积材料的阻挡程序，从而可以实现对空气桥桥撑角度的有效控制及调整。

[0022] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

[0023] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

[0024] 图1示出了一种空气桥的结构示意图。

[0025] 图2示出了根据本申请的一个实施例的空气桥的制作方法的流程图。

[0026] 图3至图8示出了根据本申请的一个实施例的空气桥的制作工艺示意图。

[0027] 图9示出了采用本申请实施例的制作方法制得的桥撑结构与相关技术中制得的桥撑结构之间的桥撑角度对比示意图。

[0028] 图10示出了根据本申请的实施例的由于刻蚀底胶时间不同而制得的桥撑结构的桥撑角度对比示意图。

具体实施方式

[0029] 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

[0030] 此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

[0031] 附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

[0032] 需要说明的是：在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0033] 在相关技术中，空气桥的制备方案通常有两种：其一是基于光刻胶桥撑的空气桥，其二是基于可释放的沉积材料（多为二氧化硅）桥撑的空桥。其中，基于光刻胶桥撑的空气桥，可以通过加热回流来改变桥梁的形状，通常是以改善桥拱形状为主，采用这种制备工艺的空气桥的桥拱较为稳定。

[0034] 而基于可释放的沉积材料桥撑的空桥，由于其形状与桥撑的形状相同，加上镀膜工艺的限制使得空气桥多为梯形。在图1所示的空气桥结构中，当释放桥撑102后，空气桥除了桥墩106处与衬底101上的电路结构相连之外，其余部分均悬浮于空气中，为了保证其稳定性，空气桥的形状至关重要。而梯形桥的形状由于桥撑角度105的不同，呈现出的梯形差异较大，而桥撑角度又决定了引桥角度（引桥角度即引桥103与桥墩106之间的夹角），一般认为桥撑角度105等于引桥角度。若引桥角度太小，则桥顶104很容易塌陷；若引桥角度太大，又会由于蒸发镀膜时具有一定方向性容易导致引桥部分很薄，发生引桥处断裂的问题。所以一般来讲，以引桥角度为35°～50°倾角的梯形桥最为稳定。因此，修饰桥撑角度105以保证空气桥的稳定性十分关键。

[0035] 相关技术中为了调整桥撑角度，一般是从沉积蒸发等制备桥撑的镀膜工艺入手，改变镀膜时的各种参数，如温度、速率、真空度等。若镀膜的工艺参数固定，或可调节范围有限，则很难调整空气桥的桥撑角度。如果想对桥撑角度做出较大改变，则往往需要在设备上添加额外的零配件，如样品盘水冷系统、红外加热烘烤系统等，这些系统在成型的设备上往往与原本设计产生冲突，导致添加困难。可见，相关技术中改善桥撑角度带来的设备改装成本很高，而成熟运作的设备又很难满足改善的需求，并且可能对已经稳定的工艺参数带来不可逆的影响。

[0036] 针对相关技术中存在的问题，本申请的实施例提出了一种新的空气桥的制作方法，具体参照图2所示，主要包括如下步骤：

[0037] 步骤S210，在衬底上涂覆第一层光刻胶；

[0038] 步骤S220，在第一层光刻胶上涂覆第二层光刻胶；

[0039] 步骤S230，对第二层光刻胶进行曝光处理、显影处理及定影处理，以在第二层光刻胶上形成沉积桥撑的图形化结构；

[0040] 步骤S240，透过该图形化结构刻蚀掉指定区域内的第一层光刻胶，以在衬底上形成阻挡沉积材料向周边扩散的结构，该指定区域包含该图形化结构的顶部开口在第一层光刻胶上形成的投影区域；

[0041] 步骤S250，在刻蚀掉指定区域内的第一层光刻胶后露出的衬底表面沉积桥撑结构，并基于该桥撑结构形成空气桥。

[0042] 以下结合图3至图8对图2中所示的制作方法进行详细阐述：

[0043] 如图3所示，301为衬底，步骤S210是在衬底301上涂覆第一层光刻胶302，步骤S220是在第一层光刻胶302上涂覆第二层光刻胶303。

[0044] 在本申请的一个实施例中，在衬底上涂覆第一层光刻胶302之后，还可以对第一层光刻胶302进行第一烘烤，以使第一层光刻胶302尽快凝固在衬底301上。当第一层光刻胶302凝固在衬底301上之后，再在第一层光刻胶302上涂覆第二层光刻胶303，并且在涂覆第二层光刻胶303之后，也可以对第二层光刻胶303进行第二烘烤。可选地，第二烘烤的温度小于或等于第一烘烤的温度。

[0045] 可选地，第一层光刻胶302可以是PMMA（polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯）。第二层光刻胶303可以是AZ系列反转胶。

[0046] 在本申请的一个实施例中，如图4所示，当形成第二层光刻胶303之后，将第二层光刻胶303作为图形定义层进行曝光处理。当进行曝光处理之后，如图5所示，对曝光处理后的第二层光刻胶303进行显影处理及定影处理，进而可以在第二层光刻胶303上形成沉积桥撑的图形化结构304。

[0047] 在本申请的一个实施例中，对第二层光刻胶303进行曝光处理时可以采用紫外线曝光或者采用激光直写的方式。

[0048] 在本申请的一个实施例中，为了避免在对第二层光刻胶303进行显影处理时影响到第一层光刻胶302，因此对第二层光刻胶303进行显影处理所使用的显影液可以采用与第一层光刻胶302之间不发生物理反应（如溶解等）及化学反应的显影液，这样使得显影液只会对第二层光刻胶303进行显影处理。

[0049] 在本申请的一个实施例中，当在第二层光刻胶303上形成沉积桥撑的图形化结构304之后，如图6所示，可以透过该图形化结构304刻蚀掉指定区域305内的第一层光刻胶，以在衬底301上形成阻挡沉积材料向周边扩散的结构（为清楚起见，该结构参照图7中的306所示），其中，该指定区域305包含该图形化结构304的顶部开口在第一层光刻胶302上形成的投影区域。可选地，该指定区域305可以是该投影区域的全部区域，或者该指定区域305可以略大于该投影区域。

[0050] 在本申请的一个实施例中，图形化结构304的底部宽度可以大于图形化结构304的顶部开口宽度，其中，图形化结构304的底部是与第一层光刻胶302相接触的。在这种情况下，即便刻蚀掉处于前述投影区域内的全部的第一层光刻胶，那么衬底301表面也可以形成突出于图形化结构304底部的结构，进而可以在沉积桥撑结构时对沉积材料起到阻挡作用。可选地，图形化结构304的剖面可以是正梯形。

[0051] 在本申请的一个实施例中，当刻蚀掉指定区域305内的第一层光刻胶之后，如图7所示，在露出的衬底表面沉积桥撑结构307，进而可以基于该桥撑结构307形成空气桥。可选地，桥撑结构307的材料可以是二氧化硅。

[0052] 在本申请的一个实施例中，第一层光刻胶302的厚度影响了需要沉积的桥撑结构307的高度。具体而言，第一层光刻胶302的厚度与所要沉积的桥撑结构307的高度满足以下条件：

[0053]

[0054] 其中， 表示第一层光刻胶302的厚度； 表示所要沉积的桥撑结构307的高度。

[0055] 在本申请的一个实施例中，当沉积桥撑结构307之后，可以去除衬底301上的第二层光刻胶303和第一层光刻胶302，得到如图8所示的结构。然后可以基于图8所示的结构进行套刻及金属蒸镀处理，并最终形成空气桥。

[0056] 在本申请的一个实施例中，在去除衬底上的第二层光刻胶303和第一层光刻胶302时，可以将形成有桥撑结构307、第一层光刻胶302和第二层光刻胶303的衬底（也即图7所示的结构）置于去胶剥离液中，以去除第二层光刻胶303和第一层光刻胶302。

[0057] 在本申请的一个实施例中，如果第一层光刻胶302的去胶剥离液与第二层光刻胶303的去胶剥离液相同，则可以直接将图7所示的结构放入同一种去胶剥离液中即可。如果第一层光刻胶302的去胶剥离液与第二层光刻胶303的去胶剥离液不同，则先将图7所示的结构置于第二层光刻胶303的去胶剥离液中，在去除第二层光刻胶303之后，将形成有桥撑结构和第一层光刻胶302的衬底置于第一层光刻胶302的去胶剥离液中。

[0058] 在本申请的一个实施例中，基于本申请实施例的技术方案得到的桥撑角度与沉积材料扩散时接触到结构306的位置有关，也即与第一层光刻胶302被刻蚀掉的开口大小相关，具体地，开口越大（即结构306越不突出），桥撑角度越小；反之，开口越小（即结构306越突出），桥撑角度越大。而第一层光刻胶302的开口大小与刻蚀时间长短有关，即刻蚀时间越长，开口越大；刻蚀时间越短，开口越小，因此可以通过控制刻蚀第一层光刻胶302的时间来修饰桥撑的角度。具体地，第一层光刻胶302的刻蚀时间越长，最后得到的桥撑角度越小；反之，第一层光刻胶302的刻蚀时间越短，最后得到的桥撑角度越大。

[0059] 基于前述实施例的技术方案，在本申请的一个具体实施例中，空气桥的制作方法可以包括如下步骤：

[0060] 步骤1，在衬底上旋涂PMMA作为底胶（底胶即为第一层光刻胶），并以180℃烘烤一段时间；

[0061] 步骤2，在底胶上旋涂AZ系列反转胶（即第二层光刻胶），并以95℃烘烤一段时间；

[0062] 步骤3，在AZ系列反转胶上进行紫外曝光、前烘烤处理，然后进行泛曝光、显影及定影处理，得到用于沉积和剥离桥撑的光刻胶结构（即得到图形化结构）。

[0063] 步骤4，使用氧等离子体刻蚀底胶一段时间，使底胶形成与用于沉积的图形化结构尺寸相近的开口；

[0064] 步骤5，电子束蒸发镀膜二氧化硅作为桥撑；

[0065] 步骤6，将样品置于丙酮（即去胶剥离液）中剥离掉AZ系列反转胶和底胶，得到衬底上的桥撑结构；

[0066] 步骤7，在得到的桥撑结构样品上进行套刻处理，并通过电子束蒸发镀铝处理，最后得到空气桥。

[0067] 如图9所示，采用本申请实施例的制作方法制得的桥撑结构如图9中（b）图所示，其相比于相关技术中制得的桥撑结构（如图9中（a）图所示），显然能够对桥撑角度进行合理的修饰，并且可以增大桥撑角度，使得桥撑角度处于能够保证空气桥稳定性的状态。在具体的实验中，采用本申请实施例的制作方法制得的桥撑结构的桥撑角度可以达到37°左右，而相关技术中制得的桥撑结构仅为22°左右。

[0068] 在本申请的一个实施例中，前述实施例中的步骤4在使用氧等离子体刻蚀底胶时，刻蚀时间的长短也影响了最后的桥撑角度。具体示意图如图10所示，图10中（a）图为刻蚀时间较长得到的桥撑结构，图10中（b）图为刻蚀时间较短得到的桥撑结构，很明显的，图10中（a）图中得到的桥撑角度小于图10中（b）图中得到的桥撑角度，即刻蚀时间越长，得到的桥撑结构的桥撑角度越小。在具体的实验中，刻蚀时间较长时得到的桥撑角度约为18°，而刻蚀时间较短时得到的桥撑角度约为34°，因此，在本申请的实施例中，可以通过控制刻蚀底胶的时间来修饰空气桥的桥撑角度，从而可以实现对空气桥桥撑角度的有效控制及调整。

[0069] 通过本申请实施例中提出的制作方法制备而成的空气桥具有较高的稳定性，其可以用在各种电子电路及电子设备内。比如可以用在高频及超高频器件中，极大地提高了电子器件的工作稳定性。还可以用在超导量子芯片电路中，提供稳定的空桥结构。

[0070] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方式后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

[0071] 应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。