CHƢƠNG 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.3. Phƣơng pháp chế tạo ô nhớ
2.3.3. Ăn mòn (Etching)
Tùy vào độ phân giải của chi tiết, các thiết bị có thể đƣợc sử dụng cơng nghệ ăn mịn ƣớt (> 3m) hay ăn mịn khơ (< 3m)
Ăn mòn ƣớt: là phƣơng pháp đơn giản nhất và kinh tế nhất để hòa tan các
resist chƣa đóng rắn. Dụng cụ chỉ bao gồm một thùng chứa hóa chất để hịa tan resist chƣa đóng rắn và một mặt nạ. Mặt nạ không tan trong dung môi (hoặc tan chậm hơn rất nhiều) so với phần resist chƣa đóng rắn có tác dụng giữ hình ảnh đúng theo yêu cầu. Tuy nhiên phƣơng pháp này có hai nhƣợc điểm sau:
Thứ nhất, dễ ăn mịn vào lớp ơ-xít bên dƣới lớp phản quang (photoresist) do sự ăn mịn này khơng có định hƣớng làm cho hình ảnh khơng đúng với u cầu.
Thứ hai, sử dụng hóa chất chủ yếu là các a-xít cho nên sẽ gây ảnh hƣởng tới sức khỏe của kỹ thuật viên và gây tác động không mong muốn đến môi trƣờng.
Đã có nhiều nghiên cứu về q trình ăn mịn màng mỏng PZT. Hầu hết đều sử dụng dung dịch ăn mịn là hỗn hợp của các axít nhƣ HF và HCl [86, 80]. Nguyên
53
tố Zr, Ti, Pb trong màng PZT lần lƣợt bị ăn mịn (hay hịa tan) bởi dung dịch axít HF, HF và HCl, HCl.
A xít HF phản ứng với PZT theo phƣơng trình sau: Pb(Zr,Ti)O3 + H+ + F- + Cl- →
PbFCl↓ + [PbCl4]2- + [ZrF6]2- + [TiF6]2- + H2O (2.4) Cả hai nguyên tố Ti và Zr đều bị ăn mịn bởi a xít HF, tuy nhiên nguyên tố Ti tan trong dung dịch axít HF nhanh hơn so với nguyên tố Zr. Ngoài ra ở phản ứng trên ta thấy cịn hình thành pha rắn PbFCl. Chất rắn này tiếp tục đƣợc hòa tan trong dung dịch axít HCl hay HNO3 theo phƣơng trình phản ứng sau:
PbFCl↓ + H+ → PbCl2 + Pb2+ + HF (2.5)
Ăn mịn khơ: là kỹ thuật ăn mịn có định hƣớng sử dụng các plasma hoặc
hỗn hợp khí có tính phá hủy mạnh (CH4/O2/H2, F2...) để tạo các chi tiết có độ phân giải nhỏ cho các thiết bị. Tùy vào vật liệu ăn mòn ngƣời ta sẽ sử dụng hơi ăn mòn (khơng phản ứng) hay dùng ion hoạt hóa để ăn mịn.
Hình 2.16. Cấu tạo buồng RIE dùng trong phương pháp ăn mịn khơ ICP.
Phƣơng pháp dùng ion hoạt hóa (RIE): Hình 2.16 mơ tả sơ đồ nguyên lí của buồng ăn mịn khơ. Dịng khí thích hợp (tùy vào photoresist) đƣợc đƣa vào buồng (1) để tạo ra plasma bằng nguồn điện có tần số radio 13.56 MHz và vài trăm Watt.
Dịng khí
Đế cần ăn mịn Cuộn dây
tạo điện trƣờng
Nguồn rf
54
Khi plasma đƣợc tạo thành, khí bị ion hóa, các ion khí đƣợc gia tốc bởi điện trƣờng bắn phá lên bề mặt của mẫu và xảy ra phản ứng hóa học. Các ion dƣơng có tác dụng ăn mịn có định hƣớng, vật liệu ở vùng khơng có lớp bảo vệ sẽ bị loại bỏ (ăn mịn). Các thơng số cần kiểm sốt trong phƣơng pháp này là: áp suất, lƣu lƣợng khí và cơng suất RF.
Dùng hơi để ăn mòn. Cũng tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp dùng ion nhƣng các ion không phản ứng với nguyên liệu. Phƣơng pháp này thông thƣờng chỉ dùng để ăn mòn các loại đế silic.
Kết luận chƣơng 2
Trong chƣơng này chúng tơi đã trình bày quy trình cơng nghệ chế tạo màng mỏng theo phƣơng pháp dung dịch phƣơng pháp phún xạ chân không. Cấu trúc tinh thể của các màng mỏng đƣợc khảo sát bằng thiết bị nhiễu xạ tia X (XRD, Bruker D5005) đặt tại trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG HN. Hình thái bề mặt học của các màng mỏng đƣợc chúng tôi khảo sát bằng thiết bị hiển vị điện tử quét (Nova nanoSEM 450) thiết bị hiển vi lực nguyên tử (XE-100 AFM). Các tính chất sắt điện của các màng mỏng sắt điện đƣợc khảo sát bằng phép đo đặc trƣng P-E và dòng rò trên hệ thiết bị Radiant Precision LC 10. Các tính chất điện của hệ màng mỏng làm kênh dẫn và hệ màng mỏng làm điện cực đƣợc chúng tôi khảo sát trên hệ đo điện trở bốn mũi dò Jandel RM3000 và hệ đo độ linh động hạt tải và nồng độ hạt tải trên hệ thiết bị … Cũng trong chƣơng này chúng tơi đã trình bày phƣơng pháp lithography chế tạo các chi tiết linh kiện có kích thƣớc cỡ micro mét, các phƣơng pháp ăn mịn khơ và ăn mòn ƣớt, phƣơng pháp quang khắc chùm điện tử chế tạo các chi tiết linh kiện có kích thƣớc nhỏ cỡ nanơ mét.
Các kết quả tổng hợp và khảo sát tính chất của màng mỏng sắt điện, màng mỏng làm kênh dẫn và màng mỏng làm điện cực sẽ đƣợc chúng tơi trình bày trong chƣơng tiếp theo.
55