CN103145091B - 一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法 - Google Patents

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

一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法

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：选取硅(100)晶向高掺杂衬底(1)和硅(100)晶向高掺杂硅膜(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。