Điện cực được chế tạo trên wafer Silic có phủ lớp cách điện SiO2 ở trên, vật liệu platin có phủ lớp mỏng crom nhằm mục đích giúp platin bám dính tốt lên đế. Quy trình chế tạo điện cực như Hình 2.3.
Hình 0.4. Quy trình chế tạo điện cực paltin
Làm sạch và khô đế
Phủ lớp tăng độ bám dính
Phủ lớp cảm quang bằng quay li tâm
Sấy sơ bộ
Định vị mặt nạ và chiếu
Phún xạ crom tạo lớp kết dính
Sấy sau khi hiện ảnh
Tráng rửa lớp cảm quang Sấy sơ bộ lần hai
Phún xạ platin tạo điện cực Lift – off
Bước 1: Làm sạch và khô bề mặt đế Si/SiO2
Bảng 0.1. Các hóa chất sử dụng làm sạch đế
Tên hóa chất Công thức phân tử Khối lượng phân tử (g/mol) Khối lượng riêng (kg/l) Ethanol C2H5OH 46,07 0,789 Isopropanol (CH3)2CHOH 60,10 0,786 Acetone (CH3)2CO 50,08 0,792 Axit sunfuric H2SO4 98,08 1,840 Hydrogen peroxide H2O2 34,01 1,463
Ngâm đế vào dung dịch piranha là hỗn hợp của axitsulfuric H2SO4 (98%) và peroxide H2O2 (30%) với tỷ lệ thể tích 3:1. Đế Si được ngâm trong dung dịch piranha trong 15 phút để loại bỏ các chất hữu cơ bám trên bề mặt wafer.
Rửa sạch bằng nước khử ion sau đó sấy khô.
Rửa bằng rung với acetone trong vòng 15 phút để đảm bảo không còn chất hữu cơ nào bám trên bề mặt đế.
Do acetone có tốc độ bay hơi trong không khí rất nhanh và để lại những vết dơ của các chất hữu cơ trện bề mặt. Do đó, sau khi đánh siêu âm với acetone xong phải tráng mẫu với IPA (Isopropanol) ngay lập tức và thổi khô bằng súng thổi Nitơ cao áp. Sau đó, đế được đem quay khô để loại bỏ lượng IPA còn lại trên bề mặt. Với việc sử dụng các máy quay ly tâm với tốc độ từ 800-1000 vòng/phút hoặc lớn hơn, đây là cách nhanh nhất để làm khô các wafer.
Rung siêu âm bằng dung dịch Ethanol trong vòng 10 phút ở 40°C để loại bỏ lớp bụi trên bề mặt .
Rửa sạch lại bằng nước khử ion (deionize water-nước khử ion hóa) và sấy khô trong lò chân không 200°C trong khoảng thời gian 30 phút.
Hình 0.5. Hình ảnh wafer Si/SiO2 sau khi làm sạch
Bước 2: Phủ lớp tăng cường độ bám dính (primer).
Trong bước này nhỏ khoảng 8 đến 10 giọt chất bám dính hexamethyldisilazane (HMDS) lên bề mặt đế, đế được quay trên máy quay li tâm trong môi trường chân không.
Bảng 0.2. Thông số kĩ thuật quay phủ HMDS
Bước Tốc độ quay phủ (vòng/phút) Số lần gia tốc Thời gian(s)
0 500 5 10
1 1000 5 30
Bước 3: Phủ lớp cản quang bằng phương pháp quay li tâm.
Chất cản quang sử dụng trong bước này là loại cản quang dương “ma –P 1210”
Bảng 0.3. Thông số kĩ thuật trong quay phủ chất cản quang
Bước Tốc độ quay phủ (vòng/phút) Số lần gia tốc Thời gian (s)
0 500 5 10
1 3000 5 30
Nung mẫu trong lò nung ở 100°C trong 60s để làm bay hơi một phần dung môi trong chất cản quang, khi đó độ dày lớp photoresist sẽ giảm và ổn định hơn, độ kết dính của photoresist với đế cũng tăng, đồng thời lớp cản quang không còn dính ướt như vậy sẽ hạn chế được tạp chất bám lên lớp photoresist trong các quá trình sau đó.
Bước 5: Quá trình phơi sáng (exposure)
Sử dụng thiết bị Mask Aligner Karl Suss MJB-4 để chuyển hình ảnh trên mặt nạ crom sang đế. Chế độ phơi sáng là hard contact, mật độ phơi sáng là 45 mJ/cm2, thời gian chiếu sáng là 5 s.Nung mẫu trên bếp nung với nhiệt độ 100°C trong khoảng thời gian 15 đến 30 phút. Để nguội hoàn toàn trước khi tráng rửa.
Bước 6: Quá trình tráng rửa
Sau khi phơi sáng, đế được ngâm rửa trong dung dịch thuốc hiện ảnh ma-D331, thời gian ngâm đế trong thuốc hiện là khoảng 30 giây. Sau đó rửa sạch đế bằng nước khử ion và quay đế trên máy quay ly tâm để làm khô hoàn toàn.
Bước 7: Sấy sau khi hiện ảnh (hard bake):
Nung mẫu trên bếp nung với nhiệt độ 120°C trong 60 s để cho lớp cản quang đông cứng hoàn toàn và bám dính chặt hơn trên đế.
Bước 8: Phún lớp kết dính crom
Ở bước này đế sẽ được phủ một lớp màng mỏng crom có tác dụng làm chất kết dính cho màng platin và đế. Quá trình phún xạ crom được thực hiện trên thiết bị Sputtering Univex 350 được chế tạo bởi công ty Leybold của Đức.
Thông số công suất phún xạ là 50 W, lưu lượng Ar là 5 sccm, thời gian phún là 180 giây, điện thế và dòng điện là 364 V và 132 mA.
Bước 9: Phún xạ lớp điện cực platin
Mẫu sẽ tiếp tục được phủ một lớp màng platin. Thông số công suất phún xạ là 50 W, lưu lượng Ar là 5 sccm, thời gian phún là 1140 giây, điện thế và dòng điện là 421 V và 113 mA.
Bước 10: Lift-off
Sau khi phún xạ đế được ngâm trong dung dịch aceton trong 30 phút. Sau khi lift-off xong, các điện cực được rửa lại bằng ethanol và nước khử ion. Sấy khô điện cực bằng bếp nung ở 120°C trong 60 s.