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

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，從而提供一種使用激光直寫技術制備微電路的方法，制備簡單方便、無污染、薄膜厚度均勻、表面光滑。
[0006]本發明的目的是通過如下技術方案實現的:一種使用激光直寫制備微電路方法，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟I):選取基底，對其進行清洗和干燥處理；
[0008]步驟2):對基底采用物理氣相沉積工藝，生長一層非晶態無機相變材料薄膜；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備在真空環境下進行薄膜沉積，可以通過調節沉積時的參數，如沉積功率、沉積壓強和沉積時間來獲得厚度均勻，厚度可控的非晶態薄膜。
[0009]步驟3):先使用激光在所生長的薄膜上直寫出所設計圖案，并通過激光照射使刻寫部分的薄膜由非晶態轉變為晶態。其中利用激光直寫設備并選擇適當能量密度的激光照射到樣品表面，薄膜經過激光照射后，會發生光熱轉換，導致由不導電的非晶態轉變成導電的晶態，從而可以在薄膜上制備出所需要的互聯線條圖案。
[0010]在上述技術方案的基礎上，進一步包括如下附屬技術方案:
[0011]所述步驟3)包括:使用激光直寫對需要微電路的薄膜部位進行直寫，且非晶態無機相變材料薄膜為GST或GBST或GSST薄膜。
[0012]所述基底為玻璃材質基片、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。所刻寫的微電路結構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]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0017]I)采用工業化生產中常用的物理氣相沉積的方法來制備薄膜。具有制備簡單方便、無污染、薄膜厚度均勻、表面光滑等優點。在薄膜厚度為100納米時，表面粗糙度約2納米。
[0018]2)整個制備工藝中不需要進行甩膠、曝光、蝕刻等復雜步驟。通過簡單調整工藝參數即可制備面積、厚度、尺寸可控的微/納米尺度的互聯線條，可用于電路刻寫和器件互聯。
[0019]3)該發明方法生產流程周期短，成本低，產率高，工藝簡單可控，易于實現工業化生產。所得產品的微/納米電路能在微電子加工、存儲器件等領域有著極其廣闊的應用前景。由于完全可在真空中實施上述步驟(薄膜制備，電路刻寫)，因而對真在快速發展的下一代全真空大規模集成電路制造有重要意義。
【附圖說明】
[0020]以下參照附圖對本發明實施例作進一步說明，其中:
[0021]圖1為發明方案的流程圖；
[0022]圖2為根據本發明實施例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為根據本發明實施例2的GST薄膜的激光照射后反射率測量圖；
[0024]圖4為根據本發明實施例3的GSBT薄膜的微電路光學顯微鏡觀察圖；
[0025]圖5為根據本發明實施例4的GSST薄膜的微電路光學顯微鏡觀察圖；
[0026]圖6為根據本發明實施例5的GST薄膜的微電路光學顯微鏡觀察圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖和實施例對本發明的結構和制備方法做進一步詳細說明。
[0028]如圖1所述，本發明提供一種使用激光直寫制備微電路方法，其包括如下步驟:
[0029]步驟I):選取基底，對其進行清洗和干燥處理；
[0030]步驟2):對基底采用物理氣相沉積工藝，生長一層非晶態無機相變材料薄膜；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備在真空環境下進行薄膜沉積，可以通過調節沉積時的參數，如沉積功率、沉積壓強和沉積時間來獲得厚度均勻，厚度可控的非晶態薄膜。
[0031]步驟3):先使用激光在所生長的薄膜上直寫出所設計圖案，并通過激光照射使刻寫部分的薄膜由非晶態轉變為晶態。其中利用激光直寫設備并選擇適當能量密度的激光照射到樣品表面，薄膜經過激光照射后，會發生光熱轉換，導致由不導電的非晶態轉變成導電的晶態，從而可以在薄膜上制備出所需要的互聯線條圖案。
[0032]為更進一步詳細說明，本發明還提供如下具體實施例:
[0033]實施例1:
[0034]步驟I):選取蓋玻片作為基底，采用常規的半導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I X l(T5Pa，濺射功率50W，Ar流量為25Sccm，沉積壓強0.1Pa,基底溫度為室溫，沉積時間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域直寫樣品。當用適當能量密度的激光(本案例為1.26J/cm2)直寫照射樣品時，其中激光直寫和激光照射為相同概念，被照射的表面會發生相變。照射前樣品是非晶態，而被激光照射的部分轉變為晶態。如圖2的TEM和選區電子衍射(SAED)圖所示。在圖2(a)中，標記“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，由很多微細顆粒組成，其對應的選區電子衍射圖(SAED)如圖2(b)所示，從