微制造中的牺牲层技术(氧化镁薄膜的制备及应用)

河北镁熙生物有限公司表示，氧化镁薄膜可采用化学气相沉积法、电子束蒸发法、激光脉冲沉积法、喷雾热分解法、溶胶-凝胶法等方法制备,近年来对喷雾热分解法和溶胶-凝胶法研究较多。

以醋酸镁为原料,用压缩空气式喷雾热分解法在Si(100)衬底上已成功制备出(100)取向的氧化镁薄膜。为制得(100)取向的氧化镁薄膜,衬底温度和喷雾速率是关键因素,控制合适的实验条件,在600℃下可得到(100)择优取向的氧化镁薄膜。喷雾热分解法的优点是仪器设备简单,不需真空系统,高的沉积速率和容易控制薄膜的组份。以前存在的雾化受频率、功率、溶剂等限制的问题,以及雾化时容易发热问题,目前已得到改进或解决。

以六水硝酸镁为起始原料,以胶棉液为添加剂，通过溶胶-凝胶法,在Si(100)衬底上也能成功制备出氧化镁薄膜。将六水硝酸镁溶于无水乙醇中，加入适量胶棉液搅拌,制得溶胶,以Si(100)为衬底,用甩胶法制膜,均胶速率为3200r/min,之后在480℃下快速热处理5min,该过程重复多次,最后，在空气中将薄膜在600℃~900℃下热处理1h。胶棉液是形成溶胶的关键组分,在适宜的制备条件下,所得薄膜致密,厚度均匀,薄膜与衬底分界清晰，基本没有互扩散反应。

以六水硝酸镁为起始原料,以表面活性剂为添加剂,采用溶胶-凝胶浸渍提拉法,在经亲水处理的玻璃、云母、单晶硅基片上也制备出了氧化镁薄膜。经过单次涂膜所得到的薄膜中氧化镁粒径约为12nm,经过多次涂膜所得到的薄膜中氧化镁粒子只有(200)和(220)晶化取向。溶胶-凝胶法工艺简单,制备成本低,但用该法制备的薄膜在均匀度和质量上往往存在一定的缺陷。

氧化镁薄膜用于介电和牺牲层材料

河北镁熙生物有限公司表示，氧化镁是有氯化钠晶体结构的绝缘固体无机材料,呈现较好化学惰性、电绝缘性、光透明性、高温稳定性、高热传导性和二次电子发射性能。将氧化镁制成薄膜材料,能够大幅度提高其介电常数。

在制备高性能集成器件的过程中,铁电或超导材料与半导体衬底材料在物理化学性质上存在较大差别,如果直接将铁电或超导薄膜沉积在半导体衬底上会出现一些问题,如发生扩散反应和晶格失配，导致在界面以及铁电或超导体内部产生位错,影响铁电或超导体的电学性能,热膨胀系数的不同会产生应力,使材料的铁电或超导性能变差。

结晶良好的氧化镁薄膜具有很好的化学稳定性、热传导性和绝缘性。氧化镁属于立方晶系，Fm3m点群,晶格常数a0=0.4213nm,与常用半导体衬底材料Si、电极材料Pt以及铁电和超导材料的晶格常数接近,是一种优良的衬底材料,可用于制备高温超导体和铁电薄膜的稳定阻挡层。引入氧化镁薄膜作为阻挡层,可以缓解半导体衬底和铁电或超导材料间晶格常数和热膨胀系数的差异,同时又可阻挡两者间的反应。目前,已在(100)或(111)取向的氧化镁薄膜上生长出了性能优良的高温超导薄膜YBa2Cu3O7以及PbTiO3铁电薄膜等。

氧化镁薄膜还可用于牺牲层材料。牺牲层技术是制备悬空结构及多层结构时采用的微加工技术，选择牺牲层材料时要考虑后续加工工艺、牺牲层去除对材料结构和性能的影响等,氧化镁、氧化硅、光刻胶、聚酰亚胺等已被用于牺牲层材料,从综合因素考虑,氧化镁是一种更合适的牺牲层材料。

牺牲层材料的去除有干法刻蚀和湿法刻蚀两种,干法刻蚀是利用气态原子、分子与薄膜反应,形成挥发性物质,或直接轰击薄膜表面使之被腐蚀而去除,干法刻蚀能实现各向异性刻蚀;湿法刻蚀是利用反应液与牺牲层材料反应而将其去除,湿法刻蚀设备简单,成本低,为各向同性刻蚀。由于氧化镁很难与其它气态原子、分子发生反应,所以对于氧化镁牺牲层材料的去除采用湿法。多种酸溶液对氧化镁腐蚀实验的研究结果表明,磷酸溶液对氧化镁的腐蚀速率适中,腐蚀速率与磷酸溶液的浓度和温度有关，因而方便控制。