[发明专利]一种微区敷膜方法与装置

说明书

本发明涉及一种用于制造微电子产品的微区敷膜工艺与装置。

现有用于制造微电子产品的微区敷膜工艺主要有下列几种：

1.浸泡法：1986年森泉丰荣在“中日传感器国际科学讨论会”（哈尔滨）上发表的“固态生物传感器”曾有运用此方法之一例，该方法将成膜物质与一种和微区材料有较好粘附性能的液体混合成敷料，再把需要敷膜的微区部位浸泡进此敷料中，然后取出干燥成膜。这种方法不易保证膜厚均匀一致，也难以实现在同一基片上有多种敷膜。

2.光刻法：利用传统集成电路工艺中的光刻方法可以敷膜，它可采取两种途径，一种是利用可光敏交联的物质如PVA（聚乙烯醇），使它与特定物质混合或溶解成液体敷料，再按光刻甩胶的方法将敷料均匀涂于基片表面，然后利用掩模使在指定的微区曝光，在那里进行光交联反应，生成含有特定物质的高分子膜，而在未曝光区的敷膜不会发生交联，很容易除去，另一种方法是用光刻法在指定微区形成“微池”的岸边，然后用微注射器将配好的含特定物质的液体敷料注入“微池”中并使之干燥成膜。用光刻法可以获得较为均匀的膜厚，但工艺较复杂，难以实现多种敷膜，且前一方法需经烘膜步骤，对于只能在室温或室温以下环境保存的物质不适用。

3.LB膜法（参见G.G.Roberts，“Transducer    and    Other    Applications    of    Langmuir-Blodgett    Films”，Sensors    and    Actuators，4（1983）131-145）：此法是选择适当的液体（常用油类）溶解所需涂敷的物质形成敷料A，并在特制的槽中将A铺于另一种与之不溶的液体B（通常是水）的表面，然后沿垂直于液面的方向挤压，使分子定向致密地排成单分子层膜，再转移到基片的特定部位上。这种方法可以精确地控制膜的厚度，并可以生长一层、二层……直至任意多分子层厚度的膜，但它需要较昂贵的设备以及选择合适的溶剂，并且也不易进行多品种敷膜。

4.喷涂或印刷法：这是日本专利“昭61-283862”公开的一种方法，它利用掩模遮住不需敷膜的部位，向开窗口的部位喷涂或印刷敷料，干燥后形成膜。进行多品种敷膜时，则需变换掩模重复上述步骤，使在不同部位形成不同材料的膜。此方法的缺陷在于它需要事先进行繁杂的掩模设计与加工，而且成本也较高。

为了克服现有技术的缺陷，本发明采用微处理机控制涂敷笔在基片的指定位置按设计的图形和尺寸描绘敷料形成涤敷膜层，这种敷膜方法与装置操作简便、成本低廉、膜层均匀、并且可以满足涂敷多品种膜层的需要，从而能够广泛适应微电子产品加工中控制微区敷膜的要求。

图一是本发明微区敷膜装置结构示意图。操作前将准备敷膜的基片（1）用夹具（2）固定在XY 微动台（3）上，在涂敷笔（4）内灌注配制好的敷料将它插置在固定于升降臂（5）的插座（6）上。图二示出此插座的结构示意图，笔端由插座下方孔口（21）露出，插座上方有一弹簧（22）顶压笔身。接着按敷膜的设计图形编制成操纵微动台移动与涂敷笔升降的程序输入微处理机（7）中，操作时微处理机按此程序控制驱动器（8）驱动XY两个方向的步进马达（9，10）与Z方向的升降臂电机（11）分别移动微动台以及升降涂敷笔，以此使涂敷笔用敷料在基片上的指定区域描绘出所设计的图形。

本发明的一项实施例是在制造场效应生物敏感器件中用于对绝缘栅区的敷膜控制，如在制造半导体MOS场效应葡萄糖敏感器件中用于控制在它的Si₃N₄栅区表面涂敷葡萄糖氧化酶膜。敷膜前在半导体晶片上加工成如图三所示阵列分布的Si₃N₄栅MOS场效应晶体管，葡萄糖氧化酶膜必须覆盖住每个MOS场效应晶体管的栅区（41），其形状为圆形（42），如图四所示，涂敷液是浓度适宜的葡萄糖氧化酶溶液，按此涂敷液的粘度以及敷膜的圆形尺寸需选择合适笔尖孔径的涂敷笔。涂敷液与涂敷笔选配合适就可以保证每压触一次涂敷笔就能在基片上留下一个直径与厚度均符合要求的圆形涂敷层，按照晶片上n×m阵列分布的MOS晶体管间距以及合适的涂敷速度编制驱动微动台XY轴以及升降涂敷笔的程序输入微处理机，图五示出其流程图。操作时先经人工调节使涂敷笔笔尖对准基片上排列在首位的MOS器件绝缘栅区，使MOS器件的行列分别与微动台的X、Y轴平行。然后再由微处理机执行上述程序便能使半导体晶片每一MOS晶体管的Si₃N₄栅区表面均涂覆一层葡萄糖氧化酶的圆形液膜。再经交联、清洗、干燥等步骤后就可以使它坚固。