[发明专利]经硼先驱薄膜实现二硼化镁超导薄膜布图布线方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超导薄膜的制备方法及装置，具体来说是超导薄膜布图布线方法及装置。

背景技术

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)一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65mm×50mm，电流密度达到3×10⁷A/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，提供一种通过硼先驱薄膜的布图布线实现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，本发明提供了一种通过硼先驱薄膜的布图布线实现二硼化镁超导薄膜布图布线方法，它包括以下步骤：

(1)用化学气相沉积方法在衬底上制备出高质量的硼先驱薄膜，成膜温度为440℃～560℃，成膜时间为20min～60min；

(2)选择非光敏性聚酰亚胺(Polyimide)薄膜(PI膜)作为屏蔽膜，在硼先驱薄膜上布图布线，其制作流程如下：

a.在硼先驱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450～500min，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双氧水溶液中，在水浴加热的条件下将没有被PI膜屏蔽的硼先驱薄膜腐蚀掉，再用乙二胺和水合肼的混合液中去掉PI膜，从而实现设计好的图形转移到硼先驱薄膜上；

(3)将上述制备的有图形的样品和少量的镁放入密封的钽坩埚中，在高纯氩气中780℃～840℃温度的退火，退火时间为40min～100min，得到与硼先驱薄膜图形相同的二硼化镁超导薄膜。

硼先驱薄膜上层的PI膜的厚度为5μm～25μm。

PI膜上层的光刻胶膜的厚度为2μm～3μm。

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，该混合液对PI膜的腐蚀时间为1min～4min。

双氧水溶液的质量百分比浓度为35％～50％。

水浴加热温度为50℃～80℃，浓双氧水溶液腐蚀的时间为12min～20min。

经硼先驱薄膜实现二硼化镁超导薄膜布图布线方法的热处理装置，它上部为样品室1，下部是高温烘箱2，二者中间为不锈钢热板3，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，本发明提供的通过硼先驱膜的布图布线实现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。而且本发明适用于任何能生成MgB₂超导薄膜的衬底材料。

附图说明

图1为本发明的硼先驱薄膜的刻蚀工艺流程；

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：在真空室内用成熟的化学气相沉积方法在衬底上制备出高质量的硼先驱薄膜，成膜温度为460℃，成膜时间为40min。