一種使用激光直寫(xiě)制備微電路的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子領(lǐng)域，具體涉及一種可用于電子器件互聯(lián)并使用激光直寫(xiě)制備微電路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在微電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域，將各種電子元器件進(jìn)行連接是實(shí)現(xiàn)電路整體各種復(fù)雜功能的前提。為了減少布線和裝配的差錯(cuò)，提高自動(dòng)化水平和生產(chǎn)勞動(dòng)率，電子元件互聯(lián)從最初的依靠電線直接連接發(fā)展到印刷電路板。而隨著集成電路的發(fā)展，其集成度和元件密集度越來(lái)越高，特別是薄膜型柔性電路的出現(xiàn)，在性能上也要求電路互聯(lián)向高密度、高精度、小間距、輕量、薄型等方向發(fā)展，這也對(duì)電路互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)提出了非常高的要求。采用更細(xì)的孔徑和導(dǎo)線完成電路互聯(lián)才可以滿(mǎn)足提高集成電路密集度的目的。
[0003]然而，目前現(xiàn)有的印刷電路板仍無(wú)法制備出亞微米尺度的互連導(dǎo)線。這是因?yàn)楝F(xiàn)有的工藝大部分采用蝕刻法來(lái)獲得導(dǎo)電線路，在將導(dǎo)電線路寬窄減小到一定程度后容易導(dǎo)致其形貌不連續(xù)，從而無(wú)法完成互聯(lián)。因此如何獲得既有小的線路寬度且導(dǎo)電性能良好，又能較為容易的完成線路制作和修改一直是微電路互聯(lián)的一大難題。
[0004]目前的研宄發(fā)現(xiàn)，一些無(wú)機(jī)相變材料如Ge2Sb2Te5(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GST)、Ge2Sb2xBi2(1_x)Te5(O < X < I)(以下簡(jiǎn)稱(chēng) GSBT)，Ge2Sn2xSb2(1_x)Te5(O < x < I)(以下簡(jiǎn)稱(chēng) GSST)，Ae2S3、八82563、4821^等，不同的相態(tài)具有不同的物理化學(xué)特性，在非晶態(tài)下這些材料具有短距離的原子能級(jí)和較低的自由電子密度，使得其具有較高的電阻率。而在晶態(tài)下，電阻率降為原先的十分之一以下。因此可以通過(guò)調(diào)控相變區(qū)域獲得對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電線路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，從而提供一種使用激光直寫(xiě)技術(shù)制備微電路的方法，制備簡(jiǎn)單方便、無(wú)污染、薄膜厚度均勻、表面光滑。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種使用激光直寫(xiě)制備微電路方法，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟I):選取基底，對(duì)其進(jìn)行清洗和干燥處理；
[0008]步驟2):對(duì)基底采用物理氣相沉積工藝，生長(zhǎng)一層非晶態(tài)無(wú)機(jī)相變材料薄膜；其中先采用粉末冶金的方式制備所需的靶材，然后利用靶材和磁控濺射設(shè)備在真空環(huán)境下進(jìn)行薄膜沉積，可以通過(guò)調(diào)節(jié)沉積時(shí)的參數(shù)，如沉積功率、沉積壓強(qiáng)和沉積時(shí)間來(lái)獲得厚度均勻，厚度可控的非晶態(tài)薄膜。
[0009]步驟3):先使用激光在所生長(zhǎng)的薄膜上直寫(xiě)出所設(shè)計(jì)圖案，并通過(guò)激光照射使刻寫(xiě)部分的薄膜由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)。其中利用激光直寫(xiě)設(shè)備并選擇適當(dāng)能量密度的激光照射到樣品表面，薄膜經(jīng)過(guò)激光照射后，會(huì)發(fā)生光熱轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致由不導(dǎo)電的非晶態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電的晶態(tài)，從而可以在薄膜上制備出所需要的互聯(lián)線條圖案。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步包括如下附屬技術(shù)方案:
[0011]所述步驟3)包括:使用激光直寫(xiě)對(duì)需要微電路的薄膜部位進(jìn)行直寫(xiě)，且非晶態(tài)無(wú)機(jī)相變材料薄膜為GST或GBST或GSST薄膜。
[0012]所述基底為玻璃材質(zhì)基片、單晶基片或高分子聚合物基片，且基底可以是硬基片，也可以是柔性基片。
[0013]所述玻璃材質(zhì)基片包括普通蓋玻片、載玻片或石英玻璃；所述單晶基片包括單晶Si片、神化嫁基片、氣化嫁基片。
[0014]所述高分子聚合物基底為絕緣材質(zhì)的柔性基片，其包括PMMA，PC基片。
[0015]所述步驟2)中的物理氣相沉積工藝為直流磁控濺射、或射頻磁控濺射、或離子濺射、或激光脈沖沉積。所刻寫(xiě)的微電路結(jié)構(gòu)的寬度從納米尺度到微米尺度，所述薄膜的厚度為20nm-500nm，所述激光照射的能量密度范圍為0.3-3J/cm2。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]I)采用工業(yè)化生產(chǎn)中常用的物理氣相沉積的方法來(lái)制備薄膜。具有制備簡(jiǎn)單方便、無(wú)污染、薄膜厚度均勻、表面光滑等優(yōu)點(diǎn)。在薄膜厚度為100納米時(shí)，表面粗糙度約2納米。
[0018]2)整個(gè)制備工藝中不需要進(jìn)行甩膠、曝光、蝕刻等復(fù)雜步驟。通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整工藝參數(shù)即可制備面積、厚度、尺寸可控的微/納米尺度的互聯(lián)線條，可用于電路刻寫(xiě)和器件互聯(lián)。
[0019]3)該發(fā)明方法生產(chǎn)流程周期短，成本低，產(chǎn)率高，工藝簡(jiǎn)單可控，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。所得產(chǎn)品的微/納米電路能在微電子加工、存儲(chǔ)器件等領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景。由于完全可在真空中實(shí)施上述步驟(薄膜制備，電路刻寫(xiě))，因而對(duì)真在快速發(fā)展的下一代全真空大規(guī)模集成電路制造有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0020]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，其中:
[0021]圖1為發(fā)明方案的流程圖；
[0022]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1非晶體和晶體GSBT薄膜的透射電鏡(TEM)和選取電子衍射(SAED)圖像；
[0023]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的GST薄膜的激光照射后反射率測(cè)量圖；
[0024]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的GSBT薄膜的微電路光學(xué)顯微鏡觀察圖；
[0025]圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的GSST薄膜的微電路光學(xué)顯微鏡觀察圖；
[0026]圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的GST薄膜的微電路光學(xué)顯微鏡觀察圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和制備方法做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]如圖1所述，本發(fā)明提供一種使用激光直寫(xiě)制備微電路方法，其包括如下步驟:
[0029]步驟I):選取基底，對(duì)其進(jìn)行清洗和干燥處理；
[0030]步驟2):對(duì)基底采用物理氣相沉積工藝，生長(zhǎng)一層非晶態(tài)無(wú)機(jī)相變材料薄膜；其中先采用粉末冶金的方式制備所需的靶材，然后利用靶材和磁控濺射設(shè)備在真空環(huán)境下進(jìn)行薄膜沉積，可以通過(guò)調(diào)節(jié)沉積時(shí)的參數(shù)，如沉積功率、沉積壓強(qiáng)和沉積時(shí)間來(lái)獲得厚度均勻，厚度可控的非晶態(tài)薄膜。
[0031]步驟3):先使用激光在所生長(zhǎng)的薄膜上直寫(xiě)出所設(shè)計(jì)圖案，并通過(guò)激光照射使刻寫(xiě)部分的薄膜由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)。其中利用激光直寫(xiě)設(shè)備并選擇適當(dāng)能量密度的激光照射到樣品表面，薄膜經(jīng)過(guò)激光照射后，會(huì)發(fā)生光熱轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致由不導(dǎo)電的非晶態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電的晶態(tài)，從而可以在薄膜上制備出所需要的互聯(lián)線條圖案。
[0032]為更進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明還提供如下具體實(shí)施例:
[0033]實(shí)施例1:
[0034]步驟I):選取蓋玻片作為基底，采用常規(guī)的半導(dǎo)體清洗工藝將該襯底清洗干凈，清洗干凈后使用干燥氣體吹干，在真空烤箱中以120°C -200°C溫度下干燥、冷卻至室溫后取出；
[0035]步驟2):在如上處理過(guò)的蓋玻片基底I上采用射頻磁控濺射沉積Ge2Bia7Sbh3Te5薄膜，沉積條件:背景壓強(qiáng)I X l(T5Pa，濺射功率50W，Ar流量為25Sccm，沉積壓強(qiáng)0.1Pa,基底溫度為室溫，沉積時(shí)間250s，得到GSBT薄膜厚度為60nm。
[0036]步驟3):用激光在薄膜樣品的部分區(qū)域直寫(xiě)樣品。當(dāng)用適當(dāng)能量密度的激光(本案例為1.26J/cm2)直寫(xiě)照射樣品時(shí)，其中激光直寫(xiě)和激光照射為相同概念，被照射的表面會(huì)發(fā)生相變。照射前樣品是非晶態(tài)，而被激光照射的部分轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)。如圖2的TEM和選區(qū)電子衍射(SAED)圖所示。在圖2(a)中，標(biāo)記“A”的部分是未被激光照射部分的GSBT薄膜，可以看出表面非常平整，由很多微細(xì)顆粒組成，其對(duì)應(yīng)的選區(qū)電子衍射圖(SAED)如圖2(b)所示，從