一种使用激光直写制备微电路的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子领域，具体涉及一种可用于电子器件互联并使用激光直写制备微电路的方法。
【背景技术】
[0002]在微电子和半导体领域，将各种电子元器件进行连接是实现电路整体各种复杂功能的前提。为了减少布线和装配的差错，提高自动化水平和生产劳动率，电子元件互联从最初的依靠电线直接连接发展到印刷电路板。而随着集成电路的发展，其集成度和元件密集度越来越高，特别是薄膜型柔性电路的出现，在性能上也要求电路互联向高密度、高精度、小间距、轻量、薄型等方向发展，这也对电路互联的标准提出了非常高的要求。采用更细的孔径和导线完成电路互联才可以满足提高集成电路密集度的目的。
[0003]然而，目前现有的印刷电路板仍无法制备出亚微米尺度的互连导线。这是因为现有的工艺大部分采用蚀刻法来获得导电线路，在将导电线路宽窄减小到一定程度后容易导致其形貌不连续，从而无法完成互联。因此如何获得既有小的线路宽度且导电性能良好，又能较为容易的完成线路制作和修改一直是微电路互联的一大难题。
[0004]目前的研宄发现，一些无机相变材料如Ge2Sb2Te5(以下简称GST)、Ge2Sb2xBi2(1_x)Te5(O < X < I)(以下简称 GSBT)，Ge2Sn2xSb2(1_x)Te5(O < x < I)(以下简称 GSST)，Ae2S3、八82563、4821^等，不同的相态具有不同的物理化学特性，在非晶态下这些材料具有短距离的原子能级和较低的自由电子密度，使得其具有较高的电阻率。而在晶态下，电阻率降为原先的十分之一以下。因此可以通过调控相变区域获得对应的导电线路。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，从而提供一种使用激光直写技术制备微电路的方法，制备简单方便、无污染、薄膜厚度均匀、表面光滑。
[0006]本发明的目的是通过如下技术方案实现的:一种使用激光直写制备微电路方法，该方法包括以下步骤:
[0007]步骤I):选取基底，对其进行清洗和干燥处理；
[0008]步骤2):对基底采用物理气相沉积工艺，生长一层非晶态无机相变材料薄膜；其中先采用粉末冶金的方式制备所需的靶材，然后利用靶材和磁控溅射设备在真空环境下进行薄膜沉积，可以通过调节沉积时的参数，如沉积功率、沉积压强和沉积时间来获得厚度均匀，厚度可控的非晶态薄膜。
[0009]步骤3):先使用激光在所生长的薄膜上直写出所设计图案，并通过激光照射使刻写部分的薄膜由非晶态转变为晶态。其中利用激光直写设备并选择适当能量密度的激光照射到样品表面，薄膜经过激光照射后，会发生光热转换，导致由不导电的非晶态转变成导电的晶态，从而可以在薄膜上制备出所需要的互联线条图案。
[0010]在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案:
[0011]所述步骤3)包括:使用激光直写对需要微电路的薄膜部位进行直写，且非晶态无机相变材料薄膜为GST或GBST或GSST薄膜。
[0012]所述基底为玻璃材质基片、单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]所述玻璃材质基片包括普通盖玻片、载玻片或石英玻璃；所述单晶基片包括单晶Si片、神化嫁基片、氣化嫁基片。
[0014]所述高分子聚合物基底为绝缘材质的柔性基片，其包括PMMA，PC基片。
[0015]所述步骤2)中的物理气相沉积工艺为直流磁控溅射、或射频磁控溅射、或离子溅射、或激光脉冲沉积。所刻写的微电路结构的宽度从纳米尺度到微米尺度，所述薄膜的厚度为20nm-500nm，所述激光照射的能量密度范围为0.3-3J/cm2。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0017]I)采用工业化生产中常用的物理气相沉积的方法来制备薄膜。具有制备简单方便、无污染、薄膜厚度均匀、表面光滑等优点。在薄膜厚度为100纳米时，表面粗糙度约2纳米。
[0018]2)整个制备工艺中不需要进行甩胶、曝光、蚀刻等复杂步骤。通过简单调整工艺参数即可制备面积、厚度、尺寸可控的微/纳米尺度的互联线条，可用于电路刻写和器件互联。
[0019]3)该发明方法生产流程周期短，成本低，产率高，工艺简单可控，易于实现工业化生产。所得产品的微/纳米电路能在微电子加工、存储器件等领域有着极其广阔的应用前景。由于完全可在真空中实施上述步骤(薄膜制备，电路刻写)，因而对真在快速发展的下一代全真空大规模集成电路制造有重要意义。
【附图说明】
[0020]以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中:
[0021]图1为发明方案的流程图；
[0022]图2为根据本发明实施例1非晶体和晶体GSBT薄膜的透射电镜(TEM)和选取电子衍射(SAED)图像；
[0023]图3为根据本发明实施例2的GST薄膜的激光照射后反射率测量图；
[0024]图4为根据本发明实施例3的GSBT薄膜的微电路光学显微镜观察图；
[0025]图5为根据本发明实施例4的GSST薄膜的微电路光学显微镜观察图；
[0026]图6为根据本发明实施例5的GST薄膜的微电路光学显微镜观察图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明的结构和制备方法做进一步详细说明。
[0028]如图1所述，本发明提供一种使用激光直写制备微电路方法，其包括如下步骤:
[0029]步骤I):选取基底，对其进行清洗和干燥处理；
[0030]步骤2):对基底采用物理气相沉积工艺，生长一层非晶态无机相变材料薄膜；其中先采用粉末冶金的方式制备所需的靶材，然后利用靶材和磁控溅射设备在真空环境下进行薄膜沉积，可以通过调节沉积时的参数，如沉积功率、沉积压强和沉积时间来获得厚度均匀，厚度可控的非晶态薄膜。
[0031]步骤3):先使用激光在所生长的薄膜上直写出所设计图案，并通过激光照射使刻写部分的薄膜由非晶态转变为晶态。其中利用激光直写设备并选择适当能量密度的激光照射到样品表面，薄膜经过激光照射后，会发生光热转换，导致由不导电的非晶态转变成导电的晶态，从而可以在薄膜上制备出所需要的互联线条图案。
[0032]为更进一步详细说明，本发明还提供如下具体实施例:
[0033]实施例1:
[0034]步骤I):选取盖玻片作为基底，采用常规的半导体清洗工艺将该衬底清洗干净，清洗干净后使用干燥气体吹干，在真空烤箱中以120°C -200°C温度下干燥、冷却至室温后取出；
[0035]步骤2):在如上处理过的盖玻片基底I上采用射频磁控溅射沉积Ge2Bia7Sbh3Te5薄膜，沉积条件:背景压强I X l(T5Pa，溅射功率50W，Ar流量为25Sccm，沉积压强0.1Pa,基底温度为室温，沉积时间250s，得到GSBT薄膜厚度为60nm。
[0036]步骤3):用激光在薄膜样品的部分区域直写样品。当用适当能量密度的激光(本案例为1.26J/cm2)直写照射样品时，其中激光直写和激光照射为相同概念，被照射的表面会发生相变。照射前样品是非晶态，而被激光照射的部分转变为晶态。如图2的TEM和选区电子衍射(SAED)图所示。在图2(a)中，标记“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，由很多微细颗粒组成，其对应的选区电子衍射图(SAED)如图2(b)所示，从