一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法及裝置的製作方法
2023-04-28 18:42:36 1
專利名稱：一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及超導薄膜的處理方法及裝置，具體來說是超導薄膜布圖布線方法及裝置。
技術背景2001年1月10日，日本青山學院秋光純教授的研究小組發現了金屬間化合物二硼化鎂( MgB2)具有超導電性，超導轉變溫度高達39K， MgB2優異的超導特性使得人們不斷去開拓這 種材料的製備方法和應用領域。製備超導薄膜的方法很多，如雷射沉積、濺射、分子束外延、化學氣相沉積(CVD)等， 特別是化學氣相沉積方法原理簡單，和傳統微電子工藝兼容，製備的薄膜特性較好。貴州大 學傅興華研究小組用化學氣相沉積加異位退火的兩步製備方法和混合物理化學氣相沉積( HPCVD) —步法製備了單層和多層的大面積MgB2超導薄膜，薄膜分布均勻，面積達65mmX 50mm，電流密度達到3Xl7A/cm2。此種超導薄膜雖然特性較好，但是目前實際應用並不多 ，且也沒有成熟的技術將其應用於工業化生產。發明內容本發明所要解決的技術問題是，提供一種在二硼化鎂超導薄膜上製備出各種圖形和連線 的方法及裝置，可與微電子製造工藝中的光刻技術完全兼容，不會增加生產設備和成本，工 藝原理簡單，容易操作，成本低廉。為了解決上述問題本發明提供了一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法，它包括以下步驟(1) 先在氧化鋁多晶或者單晶襯底上製備二硼化鎂超導薄膜，再用稀鹽酸溶液處理薄 膜的表面，將薄膜的表面處理乾淨；(2) 選擇非光敏性聚醯亞胺(Polyimide)薄膜(PI膜)作為屏蔽膜，在二硼化鎂超導 薄膜上布圖布線，其製作流程如下a. 在二硼化鎂超導薄膜表面塗覆一層均勻的PI膜，然後在13(TC 15(TC的溫度下預固化 30min 60min，再在PI膜表面塗覆一層均勻光刻膠膜；b. 利用常規的光刻技術將設計好的圖形轉移到光刻膠膜上，然後在乙二胺和水合肼的 混合液中將沒有被光刻膠膜屏蔽的PI膜腐蝕掉，再用光刻膠去膜劑去掉光刻膠膜，從而將設 計好的圖形轉移到PI膜上；c. 將PI膜放入固化熱處理裝置中進行固化熱處理，處理溫度為室溫 40(TC，處理時間 為450min 500min，使PI膜脫水轉化成高質量的聚醯亞胺膜；d. 將上述的固化好的樣品放入濃氫氟酸和濃硝酸的混合溶液中，在一定溫度下將沒有被 PI膜屏蔽的二硼化鎂薄膜腐蝕掉，再用乙二胺和水合肼的混合液去掉PI膜，從而實現設計好 的圖形轉移到二硼化鎂超導薄膜上。二硼化鎂超導薄膜上層的PI膜的厚度為5 y m 25 y m。 PI膜上層的光刻膠膜的厚度為2 y m 3 y m。其中乙二胺和水合肼的混合液中乙二胺與水合肼的體積比為2 3:1，其對PI膜的腐蝕時 間為lmin 4min。稀鹽酸溶液的質量百分比濃度為5% 10% 。腐蝕液中濃硝酸與濃氫氟酸的體積比為3 4:1，其腐蝕溫度為25。C 4(TC，腐蝕時間 :4min 6min。濃氫氟酸和濃硝酸的混合溶液中濃氫氟酸的質量百分比濃度為39% 41%，濃硝酸的質量 百分比濃度為65% 68%。二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法的固化熱處理裝置，它上部為樣品室l，下部是高溫烘 箱2， 二者中間為不鏽鋼熱板3，樣品放在不鏽鋼熱板3上，下部設置有氣體入口，上部出口 經管道連接機械泵4。與現有技術相比，本發明提供的在二硼化鎂超導薄膜上製備出各種圖形和連線的方法， 可與微電子製造工藝中的光刻技術完全兼容，不會增加生產設備和成本，該方法實施的工藝 原理簡單，容易操作，成本低廉；能夠精確的控制圖形的尺寸，非常適合於工業化大規模生 產，對於實現MgB2超導薄膜的實際應用有重大的意義。另外本發明適用於能生成MgB2超導薄 膜的耐腐蝕的襯底材料。
圖l為本發明的二硼化鎂的刻蝕工藝流程； 圖2為本發明的PI膜固化工藝曲線圖； 圖3為本發明的PI膜固化熱處理裝置示意圖。
具體實施方式
實施例採用常規工藝在氧化鋁多晶或者單晶襯底上製備好高質量的二硼化鎂超導薄膜 ，用質量百分比濃度為10%稀鹽酸溶液將薄膜的表面處理乾淨。用勻膠機在二硼化鎂超導薄膜上均勻塗覆一層厚度為12 y m的非光敏性聚醯亞胺薄膜 (PI膜)，然後在14(TC的溫度下預固化60min，再在PI膜表面用勻膠機均勻塗覆一層厚度為 3 y m的市購的負性光刻膠，形成光刻膠膜。按照微電子製造技術中的成熟的光刻工藝(包含前烘、曝光、顯影、定影和堅膜四個工 藝步驟)將設計好的圖形轉移到光刻膠膜上，然後體積比為2:1的乙二胺和水合肼的混合液 中將沒有被光刻膠屏蔽的PI膜腐蝕掉，腐蝕時間為2min，再用市購的光刻膠去膜劑去掉光刻 膠膜，從而將設計好的圖形轉移到PI膜上。按照圖2的PI膜固化工藝曲線將前述的有圖形的樣品放入圖3所示的裝置中進行PI膜固化 熱處理，使PI膜脫水轉化成高質量的聚醯亞胺膜。將上述的固化好的樣品放入質量百分比濃度為67%的濃硝酸和質量百分比濃度為40%的濃 氫氟酸體積比為3: l的混合溶液中，在35'C下將沒有被PI膜屏蔽的二硼化鎂薄膜腐蝕掉，腐 蝕時間為5min，再用乙二胺和水合肼的混合液去掉PI膜，將設計好的圖形轉移到二硼化鎂超 導薄膜上。所得樣品用金相顯微鏡進行表面形貌觀察，圖形邊緣整齊，腐在蝕前後表面形貌沒有發 生變化。樣品的R-T測量結果顯示起始轉變溫度、零電阻溫度和轉變寬度腐蝕前後沒有發生 變化，分別為Tc。n 38. 5k、 Tc0 37. 5k和ATc lK。二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法的固化熱處理裝置，它上部為樣品室l，下部是高溫烘 箱2， 二者中間為不鏽鋼熱板3，樣品放在不鏽鋼熱板3上，下部設置有氣體入口，通入高純 氮氣，上部出口經管道連接機械泵4。
權利要求
1. 一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法，它包括以下步驟(1)先在氧化鋁晶體襯底上製備二硼化鎂超導薄膜，再用稀鹽酸溶液處理薄膜的表面；(2)選擇PI膜作為屏蔽膜，在二硼化鎂超導薄膜上布圖布線，其製作流程如下a.在二硼化鎂超導薄膜表面塗覆一層均勻的PI膜，然後在130℃～150℃的溫度下預固化30min～60min，再在PI膜表面塗覆一層均勻光刻膠膜；b.利用常規的光刻技術將設計好的圖形轉移到光刻膠膜上，然後在乙二胺和水合肼的混合液中將沒有被光刻膠膜屏蔽的PI膜腐蝕掉，再用光刻膠去膜劑去掉光刻膠膜，從而將設計好的圖形轉移到PI膜上；c.將PI膜放入固化熱處理裝置中進行固化熱處理，處理溫度為室溫～400℃，處理時間為450min～500min，使PI膜脫水轉化成高質量的聚醯亞胺膜；d.將上述的固化好的樣品放入濃氫氟酸和濃硝酸的混合溶液中，在一定溫度下將沒有被PI膜屏蔽的二硼化鎂薄膜腐蝕掉，再用乙二胺和水合肼的混合液去掉PI膜，從而實現設計好的圖形轉移到二硼化鎂超導薄膜上。
2、 根據權利要求l所述的一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法，其特 徵在於二硼化鎂超導薄膜上層的PI膜的厚度為5 y m 25 y m。
3、 根據權利要求l所述的一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法，其特 徵在於PI膜上層的光刻膠膜的厚度為2 y m 3 y m。
4、 根據權利要求l所述的一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法，其特 徵在於乙二胺和水合肼的混合液中乙二胺與水合肼的體積比為2 3:1，其對PI膜的腐蝕時 間為lmin 4min。
5、 根據權利要求l所述的一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法，其特 徵在於稀鹽酸溶液的質量百分比濃度為5% 10% 。
6.根據權利要求l所述的一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法，其特 徵在於腐蝕液中濃硝酸與濃氫氟酸的體積比為3 4:1，其腐蝕溫度為25。C 4(TC，腐蝕時 間為4min 6min。
7. 根據權利要求1或6所述的一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法， 其特徵在於濃氫氟酸和濃硝酸的混合溶液中濃氫氟酸的質量百分比濃度為39% 41%，濃硝 酸的質量百分比濃度為65% 68%。
8.如權利要求l所述的二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法的固化熱處理 裝置，其特徵在於該裝置上部為樣品室(1)，下部是高溫烘箱(2) ， 二者中間為不鏽鋼 熱板(3)，下部設置有氣體入口，上部出口經管道連接機械泵(4)。
全文摘要
本發明提供了一種二硼化鎂超導薄膜布圖布線方法及裝置，它在二硼化鎂超導薄膜上做PI屏蔽膜，經塗覆PI膜、預固化、勻光刻膠膜、腐蝕PI膜、PI膜固化熱處理及腐蝕二硼化鎂超導薄膜的處理後得到圖形轉移到二硼化鎂超導薄膜上的樣品，實現在二硼化鎂超導薄膜上布圖布線的目的。本發明提供的在二硼化鎂超導薄膜上製備出各種圖形和連線的方法，可與微電子製造工藝中的光刻技術完全兼容，不會增加生產設備和成本，該方法實施的工藝原理簡單，容易操作，成本低廉；能夠精確的控制圖形的尺寸，非常適合於工業化大規模生產，對於實現MgB2超導薄膜的實際應用有重大的意義。
文檔編號H01L39/24GK101226984SQ200810300259
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月30日 優先權日2008年1月30日
發明者傅興華, 周章渝, 楊發順 申請人:貴州大學