CN103145091A - 一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法,包括以下步骤:步骤10)选取SOI硅片作为起始硅片;步骤20)在SOI硅片顶面生长氧化绝缘层,然后在氧化绝缘层顶面覆盖光刻胶层,接着在光刻胶层上刻蚀孔,形成第一孔;随后在第一孔上淀积保护层,并去掉位于第一孔底面上的保护层;步骤30)沿着第一孔继续向下刻蚀孔,在衬底中形成第二孔;步骤40)刻蚀位于第一孔下方的衬底,使第二孔的孔径大于第一孔的孔径;步骤50)腐蚀掉氧化绝缘层和第一孔侧壁的保护层,然后对整个表面进行硅外延生长,使第二孔封闭;步骤60)利用光刻板,对硅膜进行梳齿光刻,制成静电驱动结构。该制备方法简单,可靠性高,且加工精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种静电驱动结构的制备方法,具体来说,涉及一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法。
背景技术
可调光衰减器(VOA)是光网络中的一种重要的光纤无源器件,是组成光放大器的关键部件,在光纤通信系统中起到功率平衡的关键作用。MEMS可调光衰减器性能可靠,结构紧凑,造价低廉,易于批量生产,具有广泛的发展前景。目前的MEMS光衰减器主要有微镜结构,通过静电驱动实现微镜的上下偏转。驱动结构有平板型和梳齿型,平板型难以实现线性控制,梳齿则需要上下交叠,因此加工通常采用硅片正反面加工实现,工艺复杂。
发明内容
技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法,该制备方法仅在硅片正面加工,且固定梳齿和活动梳齿一次光刻刻蚀成型,工艺简单易操作,可靠性高,且加工精度高。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法,其特征在于,该制备方法包括以下步骤:
步骤10)选取硅片:选取(100)晶向高掺杂衬底和硅膜的SOI硅片作为起始硅片;SOI硅片从下向上依次为衬底、绝缘层和硅膜;
步骤20)采用热氧化方法在SOI硅片顶面生长一层氧化绝缘层,然后采用旋涂工艺,在氧化绝缘层顶面覆盖一层光刻胶层,接着采用光刻工艺,在光刻胶层上刻蚀孔,当刻蚀到氧化绝缘层顶面时,用氢氟酸溶液腐蚀掉氧化绝缘层,在硅膜上继续刻蚀孔,当刻蚀到绝缘层顶面时,用氢氟酸溶液腐蚀掉绝缘层,从而形成第一孔,该第一孔贯穿光刻胶层、氧化绝缘层、硅膜和绝缘层;随后采用八氟化四碳气体干法刻蚀工艺,在第一孔的侧壁和底面上淀积保护层,并用离子轰击去掉位于第一孔底面上的保护层;
步骤30)采用干法感应耦合等离子体工艺,沿着第一孔继续向下刻蚀孔,在衬底中形成第二孔;
步骤40)采用各向同性等离子干法刻蚀工艺,刻蚀位于第一孔下方的衬底,使第二孔的孔径大于第一孔的孔径;
步骤50)采用氢氟酸溶液,腐蚀掉位于硅膜上方的氧化绝缘层和位于第一孔侧壁的保护层,然后采用外延工艺,对整个表面进行硅外延生长,填充第一孔,使第二孔封闭;
步骤60)采用感应耦合等离子体工艺,利用光刻板,对硅膜进行梳齿光刻,一直刻到衬底的空腔的底部,形成活动梳齿、固定梳齿、活动电极区、支杆和扭转杆,支杆通过扭转杆与活动电极区固定连接,活动梳齿固定连接在支杆的侧面,活动梳齿与固定梳齿交错布置。
有益效果:与现有技术相比,本发明的制备方法简单易操作,可靠性高,且加工精度高。本发明的制备方法采用半导体工艺,结合深硅刻蚀加工实现,工艺可靠性高。该制备方法采用SOI晶圆单面加工实现,不需要通过背面加工和硅硅键合,可有效保证加工成品率,适合批量化产品的推广应用。该制备方法仅在硅片上表面加工,且固定梳齿和活动梳齿不需要套刻对准,结构稳定性好。整个工艺简单,可靠性高。
附图说明
图1是本发明制备方法中步骤20)完成后的结构示意图。
图2是本发明制备方法中步骤30)完成后的结构示意图。
图3是本发明制备方法中步骤40)完成后的结构示意图。
图4是本发明制备方法中步骤50)完成后的结构示意图。
图5是本发明制备方法中步骤60)完成后的结构示意图。
图中有:衬底1、绝缘层2、硅膜3、活动梳齿4、固定梳齿5、光刻胶层6、氧化绝缘层7、第一孔8、第二孔9、保护层10、活动电极区11。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
如图1至图5所示,本发明具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法,包括以下步骤:
步骤10)选取硅片:选取(100)晶向高掺杂衬底1和硅膜3的SOI硅片作为起始硅片。SOI硅片从下向上依次为衬底1、绝缘层2和硅膜3。
步骤20)如图1所示,采用热氧化方法在SOI硅片顶面生长一层氧化绝缘层7,然后采用旋涂工艺,在氧化绝缘层7顶面覆盖一层光刻胶层6,接着采用光刻工艺,在光刻胶层6上刻蚀孔,当刻蚀到氧化绝缘层7顶面时,用氢氟酸溶液腐蚀掉氧化绝缘层7,在硅膜3上继续刻蚀孔,当刻蚀到绝缘层2顶面时,用氢氟酸溶液腐蚀掉绝缘层2,从而形成第一孔8,该第一孔8贯穿光刻胶层6、氧化绝缘层7、硅膜3和绝缘层2;随后采用八氟化四碳气体干法刻蚀工艺,在第一孔8的侧壁和底面上淀积保护层10,并用离子轰击去掉位于第一孔8底面上的保护层10。
步骤30)如图2所示,采用干法感应耦合等离子体工艺,沿着第一孔8继续向下刻蚀孔,在衬底1中形成第二孔9。第二孔9的深度优选为2—10微米。第二孔9和第一孔8相通。
步骤40)如图3所示,采用各向同性等离子干法刻蚀工艺,刻蚀位于第一孔8下方的衬底1,使第二孔9的孔径大于第一孔8的孔径。
步骤50)如图4所示,采用氢氟酸溶液,腐蚀掉位于硅膜3上方的氧化绝缘层7和位于第一孔8侧壁的保护层10,然后采用外延工艺,对整个表面进行硅外延生长,填充第一孔8,使第二孔9封闭。
步骤60)如图5所示,采用感应耦合等离子体工艺,利用光刻板,对硅膜3进行梳齿光刻,一直刻到衬底1的空腔的底部,形成活动梳齿4、固定梳齿5、活动电极区11、支杆和扭转杆,支杆通过扭转杆与活动电极区11固定连接,活动梳齿4固定连接在支杆的侧面,活动梳齿4与固定梳齿5交错布置。
在步骤60)中,活动梳齿4和固定梳齿5一次刻蚀完成,无需对准。活动电极区11、支杆和扭转杆也一次刻蚀完成。由于刻蚀过程一次完成,中间不需要增加光刻工艺,因此活动梳齿4和固定梳齿5自动对准并完成。
上述制备方法以绝缘体上的硅(文中简称SOI)结合深硅深刻蚀加工技术实现。该制备方法首先选取SOI圆片,SOI圆片的衬底层就是可变光衰减器的衬底1,SOI圆片中间的氧化层就是绝缘层2,SOI圆片上面的硅膜3用于制造活动梳齿单元4、活动电极区11、支杆和扭转杆。首先在SOI圆片上的硅膜3开小孔(即第一孔8)阵列,分别露出绝缘层2和氧化绝缘层7,通过腐蚀去掉小孔中的绝缘层2和氧化绝缘层7后,再进行各向同性衬底1腐蚀,形成空腔,然后生长硅膜3填充小孔(即第一孔8),最后进行上下梳齿的加工。活动梳齿4和固定梳齿5采用一次光刻和刻蚀完成。
该制备方法只是在硅片正面进行加工,因此加工工艺相对简单,且保证了加工精度。采用SOI硅片进行加工,保证了圆片的加工的厚度均匀性,器件的加工成品率好。活动梳齿4可以支杆为对称轴,均匀分布在支杆两侧,从而保证了结构的平衡性,有利于提高器件的工作稳定性和可靠性。
如图5所示,本发明方法制备的静电驱动结构,具有交错布置的梳齿。固定梳齿5位于下方,活动梳齿4位于固定梳齿5的上方。固定梳齿5和与该固定梳齿5对应的活动梳齿4之间有微小的间隔,且电隔离。固定梳齿5和活动梳齿4不是上下一一对应,而是交错布置,固定梳齿5位于相邻的两个活动梳齿4之间的下方。同时,固定梳齿5和活动梳齿4在纵向没有重叠部位。活动梳齿4和衬底1电绝缘。当在衬底1和活动电极区11之间施加静电,静电力会驱使活动梳齿4向下运动,产生位移。整个静电驱动结构结构包括衬底1、绝缘层2、活动电极区11、活动梳齿4和固定梳齿5组成。其中,固定梳齿5嵌入在衬底1的上表面内,绝缘层2位于衬底1上,活动电极区11连接在绝缘层2上。活动电极区11和活动梳齿4都是在硅膜3上制备。两者为同一种材料制成,并处于同一平面。
Claims (2)
1.一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法,其特征在于,该制备方法包括以下步骤:
步骤10)选取硅片:选取(100)晶向高掺杂衬底(1)和硅膜(3)的SOI硅片作为起始硅片;SOI硅片从下向上依次为衬底(1)、绝缘层(2)和硅膜(3);
步骤20)采用热氧化方法在SOI硅片顶面生长一层氧化绝缘层(7),然后采用旋涂工艺,在氧化绝缘层(7)顶面覆盖一层光刻胶层(6),接着采用光刻工艺,在光刻胶层(6)上刻蚀孔,当刻蚀到氧化绝缘层(7)顶面时,用氢氟酸溶液腐蚀掉氧化绝缘层(7),在硅膜(3)上继续刻蚀孔,当刻蚀到绝缘层(2)顶面时,用氢氟酸溶液腐蚀掉绝缘层(2),从而形成第一孔(8),该第一孔(8)贯穿光刻胶层(6)、氧化绝缘层(7)、硅膜(3)和绝缘层(2);随后采用八氟化四碳气体干法刻蚀工艺,在第一孔(8)的侧壁和底面上淀积保护层(10),并用离子轰击去掉位于第一孔(8)底面上的保护层(10);
步骤30)采用干法感应耦合等离子体工艺,沿着第一孔(8)继续向下刻蚀孔,在衬底(1)中形成第二孔(9);
步骤40)采用各向同性等离子干法刻蚀工艺,刻蚀位于第一孔(8)下方的衬底(1),使第二孔(9)的孔径大于第一孔(8)的孔径;
步骤50)采用氢氟酸溶液,腐蚀掉位于硅膜(3)上方的氧化绝缘层(7)和位于第一孔(8)侧壁的保护层(10),然后采用外延工艺,对整个表面进行硅外延生长,填充第一孔(8),使第二孔(9)封闭;
步骤60)采用感应耦合等离子体工艺,利用光刻板,对硅膜(3)进行梳齿光刻,一直刻到衬底(1)的空腔的底部,形成活动梳齿(4)、固定梳齿(5)、活动电极区(11)、支杆和扭转杆,支杆通过扭转杆与活动电极区(11)固定连接,活动梳齿(4)固定连接在支杆的侧面,活动梳齿(4)与固定梳齿(5)交错布置。
2.按照权利要求1所述的具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法,其特征在于,所述的步骤30)中,第二孔的深度为2—10微米。
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