一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法及装置的制作方法

文档序号:6906063阅读:321来源:国知局
专利名称:一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法及装置的制作方法
技术领域
本发明涉及超导薄膜的处理方法及装置,具体来说是超导薄膜布图布线方法及装置。
技术背景2001年1月10日,日本青山学院秋光纯教授的研究小组发现了金属间化合物二硼化镁( MgB2)具有超导电性,超导转变温度高达39K, MgB2优异的超导特性使得人们不断去开拓这 种材料的制备方法和应用领域。制备超导薄膜的方法很多,如激光沉积、溅射、分子束外延、化学气相沉积(CVD)等, 特别是化学气相沉积方法原理简单,和传统微电子工艺兼容,制备的薄膜特性较好。贵州大 学傅兴华研究小组用化学气相沉积加异位退火的两步制备方法和混合物理化学气相沉积( HPCVD) —步法制备了单层和多层的大面积MgB2超导薄膜,薄膜分布均匀,面积达65mmX 50mm,电流密度达到3Xl()7A/cm2。此种超导薄膜虽然特性较好,但是目前实际应用并不多 ,且也没有成熟的技术将其应用于工业化生产。发明内容本发明所要解决的技术问题是,提供一种在二硼化镁超导薄膜上制备出各种图形和连线 的方法及装置,可与微电子制造工艺中的光刻技术完全兼容,不会增加生产设备和成本,工 艺原理简单,容易操作,成本低廉。为了解决上述问题本发明提供了一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法,它包括以下步骤(1) 先在氧化铝多晶或者单晶衬底上制备二硼化镁超导薄膜,再用稀盐酸溶液处理薄 膜的表面,将薄膜的表面处理干净;(2) 选择非光敏性聚酰亚胺(Polyimide)薄膜(PI膜)作为屏蔽膜,在二硼化镁超导 薄膜上布图布线,其制作流程如下a. 在二硼化镁超导薄膜表面涂覆一层均匀的PI膜,然后在13(TC 15(TC的温度下预固化 30min 60min,再在PI膜表面涂覆一层均匀光刻胶膜;b. 利用常规的光刻技术将设计好的图形转移到光刻胶膜上,然后在乙二胺和水合肼的 混合液中将没有被光刻胶膜屏蔽的PI膜腐蚀掉,再用光刻胶去膜剂去掉光刻胶膜,从而将设 计好的图形转移到PI膜上;c. 将PI膜放入固化热处理装置中进行固化热处理,处理温度为室温 40(TC,处理时间 为450min 500min,使PI膜脱水转化成高质量的聚酰亚胺膜;d. 将上述的固化好的样品放入浓氢氟酸和浓硝酸的混合溶液中,在一定温度下将没有被 PI膜屏蔽的二硼化镁薄膜腐蚀掉,再用乙二胺和水合肼的混合液去掉PI膜,从而实现设计好 的图形转移到二硼化镁超导薄膜上。二硼化镁超导薄膜上层的PI膜的厚度为5 y m 25 y m。 PI膜上层的光刻胶膜的厚度为2 y m 3 y m。其中乙二胺和水合肼的混合液中乙二胺与水合肼的体积比为2 3:1,其对PI膜的腐蚀时 间为lmin 4min。稀盐酸溶液的质量百分比浓度为5% 10% 。腐蚀液中浓硝酸与浓氢氟酸的体积比为3 4:1,其腐蚀温度为25。C 4(TC,腐蚀时间 :4min 6min。浓氢氟酸和浓硝酸的混合溶液中浓氢氟酸的质量百分比浓度为39% 41%,浓硝酸的质量 百分比浓度为65% 68%。二硼化镁超导薄膜布图布线方法的固化热处理装置,它上部为样品室l,下部是高温烘 箱2, 二者中间为不锈钢热板3,样品放在不锈钢热板3上,下部设置有气体入口,上部出口 经管道连接机械泵4。与现有技术相比,本发明提供的在二硼化镁超导薄膜上制备出各种图形和连线的方法, 可与微电子制造工艺中的光刻技术完全兼容,不会增加生产设备和成本,该方法实施的工艺 原理简单,容易操作,成本低廉;能够精确的控制图形的尺寸,非常适合于工业化大规模生 产,对于实现MgB2超导薄膜的实际应用有重大的意义。另外本发明适用于能生成MgB2超导薄 膜的耐腐蚀的衬底材料。


图l为本发明的二硼化镁的刻蚀工艺流程; 图2为本发明的PI膜固化工艺曲线图; 图3为本发明的PI膜固化热处理装置示意图。
具体实施方式
实施例采用常规工艺在氧化铝多晶或者单晶衬底上制备好高质量的二硼化镁超导薄膜 ,用质量百分比浓度为10%稀盐酸溶液将薄膜的表面处理干净。用匀胶机在二硼化镁超导薄膜上均匀涂覆一层厚度为12 y m的非光敏性聚酰亚胺薄膜 (PI膜),然后在14(TC的温度下预固化60min,再在PI膜表面用匀胶机均匀涂覆一层厚度为 3 y m的市购的负性光刻胶,形成光刻胶膜。按照微电子制造技术中的成熟的光刻工艺(包含前烘、曝光、显影、定影和坚膜四个工 艺步骤)将设计好的图形转移到光刻胶膜上,然后体积比为2:1的乙二胺和水合肼的混合液 中将没有被光刻胶屏蔽的PI膜腐蚀掉,腐蚀时间为2min,再用市购的光刻胶去膜剂去掉光刻 胶膜,从而将设计好的图形转移到PI膜上。按照图2的PI膜固化工艺曲线将前述的有图形的样品放入图3所示的装置中进行PI膜固化 热处理,使PI膜脱水转化成高质量的聚酰亚胺膜。将上述的固化好的样品放入质量百分比浓度为67%的浓硝酸和质量百分比浓度为40%的浓 氢氟酸体积比为3: l的混合溶液中,在35'C下将没有被PI膜屏蔽的二硼化镁薄膜腐蚀掉,腐 蚀时间为5min,再用乙二胺和水合肼的混合液去掉PI膜,将设计好的图形转移到二硼化镁超 导薄膜上。所得样品用金相显微镜进行表面形貌观察,图形边缘整齐,腐在蚀前后表面形貌没有发 生变化。样品的R-T测量结果显示起始转变温度、零电阻温度和转变宽度腐蚀前后没有发生 变化,分别为Tc。n 38. 5k、 Tc0 37. 5k和ATc lK。二硼化镁超导薄膜布图布线方法的固化热处理装置,它上部为样品室l,下部是高温烘 箱2, 二者中间为不锈钢热板3,样品放在不锈钢热板3上,下部设置有气体入口,通入高纯 氮气,上部出口经管道连接机械泵4。
权利要求
1. 一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法,它包括以下步骤(1)先在氧化铝晶体衬底上制备二硼化镁超导薄膜,再用稀盐酸溶液处理薄膜的表面;(2)选择PI膜作为屏蔽膜,在二硼化镁超导薄膜上布图布线,其制作流程如下a.在二硼化镁超导薄膜表面涂覆一层均匀的PI膜,然后在130℃~150℃的温度下预固化30min~60min,再在PI膜表面涂覆一层均匀光刻胶膜;b.利用常规的光刻技术将设计好的图形转移到光刻胶膜上,然后在乙二胺和水合肼的混合液中将没有被光刻胶膜屏蔽的PI膜腐蚀掉,再用光刻胶去膜剂去掉光刻胶膜,从而将设计好的图形转移到PI膜上;c.将PI膜放入固化热处理装置中进行固化热处理,处理温度为室温~400℃,处理时间为450min~500min,使PI膜脱水转化成高质量的聚酰亚胺膜;d.将上述的固化好的样品放入浓氢氟酸和浓硝酸的混合溶液中,在一定温度下将没有被PI膜屏蔽的二硼化镁薄膜腐蚀掉,再用乙二胺和水合肼的混合液去掉PI膜,从而实现设计好的图形转移到二硼化镁超导薄膜上。
2、 根据权利要求l所述的一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法,其特 征在于二硼化镁超导薄膜上层的PI膜的厚度为5 y m 25 y m。
3、 根据权利要求l所述的一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法,其特 征在于PI膜上层的光刻胶膜的厚度为2 y m 3 y m。
4、 根据权利要求l所述的一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法,其特 征在于乙二胺和水合肼的混合液中乙二胺与水合肼的体积比为2 3:1,其对PI膜的腐蚀时 间为lmin 4min。
5、 根据权利要求l所述的一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法,其特 征在于稀盐酸溶液的质量百分比浓度为5% 10% 。
6.根据权利要求l所述的一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法,其特 征在于腐蚀液中浓硝酸与浓氢氟酸的体积比为3 4:1,其腐蚀温度为25。C 4(TC,腐蚀时 间为4min 6min。
7. 根据权利要求1或6所述的一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法, 其特征在于浓氢氟酸和浓硝酸的混合溶液中浓氢氟酸的质量百分比浓度为39% 41%,浓硝 酸的质量百分比浓度为65% 68%。
8.如权利要求l所述的二硼化镁超导薄膜布图布线方法的固化热处理 装置,其特征在于该装置上部为样品室(1),下部是高温烘箱(2) , 二者中间为不锈钢 热板(3),下部设置有气体入口,上部出口经管道连接机械泵(4)。
全文摘要
本发明提供了一种二硼化镁超导薄膜布图布线方法及装置,它在二硼化镁超导薄膜上做PI屏蔽膜,经涂覆PI膜、预固化、匀光刻胶膜、腐蚀PI膜、PI膜固化热处理及腐蚀二硼化镁超导薄膜的处理后得到图形转移到二硼化镁超导薄膜上的样品,实现在二硼化镁超导薄膜上布图布线的目的。本发明提供的在二硼化镁超导薄膜上制备出各种图形和连线的方法,可与微电子制造工艺中的光刻技术完全兼容,不会增加生产设备和成本,该方法实施的工艺原理简单,容易操作,成本低廉;能够精确的控制图形的尺寸,非常适合于工业化大规模生产,对于实现MgB<sub>2</sub>超导薄膜的实际应用有重大的意义。
文档编号H01L39/24GK101226984SQ200810300259
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者傅兴华, 周章渝, 杨发顺 申请人:贵州大学
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