CN111103740A - 一种批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体技术领域，更具体地，涉及一种批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法。包括以下步骤：1)在无机衬底上旋涂聚合物电子胶，并通过曝光和显影技术沿垂直衬底方向制备出圆柱状结构；2)在电子胶上沉积一层硫系薄膜，以圆柱形为中心，进行图案化并刻蚀出盘状结构；3)通过除胶剂去除聚合物电子胶，获得悬空微盘结构；4)对微盘结构进行热回流提升品质因子。本发明采用电子胶作为“过渡衬底”，作为微盘的反模板结构和支撑物，方便去除，避免了传统制备方法中在氧化硅衬底上需要浸泡氢氟酸的问题，也解决了氢氟酸浸泡时间长导致微盘塌陷的现象，环保高效，适合批量化悬空微盘制备，同时适用于多种材料的悬空微盘制备。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，更具体地，涉及一种批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法。
背景技术
回音壁模式光学微腔结构由于具有较高的Q值和较小的模式体积，能够极大地增强光与物质的相互作用，在光学传感、非线性光学、腔体光机械学以及腔量子电动力学等研究领域引起人们的广泛重视。目前已经提出了多种回音壁谐振腔结构，包括微盘、微环、微球、微孔等结构，其中悬空结构可以进一步增强器件的灵敏度。由于硫化物具有很好的红外通透性、较高的非线性，质软，杨氏模量较小，是片上集成器件的优异材料。
目前制备硫化物悬空微盘的方法较为复杂，而且成品率较低，原因是硫化物与其他材料(如氮化硅、氧化硅等)相比，质软，不容易形成支撑结构。其制备方法：首先在二氧化硅衬底上蒸镀或者生长一定厚度的薄膜材料，然后进行曝光刻蚀，接下来通过套刻将微盘结构保护起来，用湿法或者干法刻蚀掉下面的二氧化硅以及下面的硅衬底，难点部分在于湿法去除二氧化硅层时，速度很难精确控制，刻蚀深度和宽度不能控制，制备难度大，而且二氧化硅需要用氢氟酸去除，具有强腐蚀性。最后去胶得到微盘的悬空结构。该工艺的缺点在于步骤较为复杂，需要进行两次套刻，两次刻蚀，刻蚀完成后残胶的去除也存在一定的难度。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，制备工艺简单，避免了传统制备方法中在氧化硅衬底上需要浸泡氢氟酸的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，包括以下步骤：
S1.在无机材质衬底上旋涂聚合物电子胶，在电子胶上曝光和显影沿垂直衬底方向制备出圆柱状结构；
S2.在电子胶上沉积一层硫系薄膜，以硫系材料填充的圆柱状结构为中心，曝光并刻蚀出盘状结构；
S3.通过除胶剂去除聚合物电子胶，获得悬空微盘结构；
S4.对微盘结构进行热回流提升品质因子。
作为优选的，所述的无机材质为硅、锗、石英、氧化硅、蓝宝石、碳化硅中的任意一种。
作为优选的，所述的曝光方式采用电子束或无掩膜曝光，刻蚀为等离子体干法刻蚀或湿法腐蚀。
作为优选的，所述的聚合物电子胶为聚甲基丙烯酸酯PMMA、ARP、ZEP、NR-9中的任意一种，电子胶的厚度大于等于300nm，不超过2μm。
作为优选的，所述的硫系薄膜为硫化砷As-S、硒化砷As-Se、锗砷硒Ge-As-Se、砷碲硒As-Te-Se、锗砷硫Ge-As-S、锗锑硒Ge-Sb-Se、锗锑硫Ge-Sb-S中的任意一种。
作为优选的，所述的圆柱状结构的深度范围为300nm-42μm，直径≥200nm；硫系薄膜厚度至少大于圆柱状结构深度50nm，厚度范围为0.354μm-5μm；沉积方式为热蒸镀、电子束蒸镀或磁控溅射，沉积速度不超过5nm/分钟。
作为优选的，所述的盘状结构的直径大于圆柱形结构的直径；盘状结构为对称性圆形或非对称结构。
作为优选的，所述的除胶剂为丙酮或1165除胶剂。
作为优选的，所述的回流温度根据硫系薄膜组分确定，范围是180-300度；升温速度不超过10度/分钟；回流时间为0.5-24小时。
与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，采用电子胶作为“过渡衬底”，作为微盘的反模板结构和支撑物，方便去除，避免了传统制备方法中在氧化硅衬底上需要浸泡氢氟酸的问题，也解决了氢氟酸浸泡时间长导致微盘塌陷的现象，环保高效，适合批量化悬空微盘制备，同时适用于多种材料的悬空微盘制备。
附图说明
图1是本发明方法流程示意图。
图2是通过本发明的方法制备出的硫化砷的微盘。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
如图1所示，一种批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，包括以下步骤：
S1.在无机材质衬底上旋涂聚合物电子胶，在电子胶上曝光和显影沿垂直衬底方向制备出圆柱状结构；
S2.在电子胶上沉积一层硫系薄膜，以硫系材料填充的圆柱状结构为中心，曝光并刻蚀出盘状结构；
S3.通过除胶剂去除聚合物电子胶，获得悬空微盘结构；
S4.对微盘结构进行热回流提升品质因子。
在一些实施例中，所述的无机材质为硅、锗、石英、氧化硅、蓝宝石、碳化硅中的任意一种。
在另一个实施例中，所述的曝光方式采用电子束或无掩膜曝光，刻蚀为等离子体干法刻蚀或湿法腐蚀。
在其中一些实施例中，所述的聚合物电子胶为聚甲基丙烯酸酯PMMA、ARP、ZEP、NR-9中的任意一种，电子胶的厚度大于等于300nm，不超过2μm。
在另一个实施例中，所述的硫系薄膜为硫化砷As-S、硒化砷As-Se、锗砷硒Ge-As-Se、砷碲硒As-Te-Se、锗砷硫Ge-As-S、锗锑硒Ge-Sb-Se、锗锑硫Ge-Sb-S中的任意一种。
在其中一些实施例中，所述的圆柱状结构的深度范围为300nm-42μm，直径≥200nm；硫系薄膜厚度至少大于圆柱状结构深度50nm，厚度范围为0.354μm-5μm；沉积方式为热蒸镀、电子束蒸镀或磁控溅射，沉积速度不超过5nm/分钟。
在另一个实施例中，所述的盘状结构的直径大于圆柱形结构的直径；盘状结构为对称性圆形或非对称结构。
在一些实施例中，所述的除胶剂为丙酮或1165除胶剂。
在其中一些实施例中，所述的回流温度根据硫系薄膜组分确定，范围是180-300度；升温速度不超过10度/分钟；回流时间为0.5-24小时。
如图2所示，为通过本实施例制备的硫化砷悬空微盘结构。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在无机材质衬底上旋涂聚合物电子胶，在电子胶上曝光和显影沿垂直衬底方向制备出圆柱状结构；
S2.在电子胶上沉积一层硫系薄膜，以硫系材料填充的圆柱状结构为中心，曝光并刻蚀出盘状结构；
S3.通过除胶剂去除聚合物电子胶，获得悬空微盘结构；
S4.对微盘结构进行热回流提升品质因子。
2.根据权利要求1所述的批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，其特征在于，所述的无机材质为硅、锗、石英、氧化硅、蓝宝石、碳化硅中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，其特征在于，所述的曝光方式采用电子束或无掩膜曝光，刻蚀为等离子体干法刻蚀或湿法腐蚀。
4.根据权利要求1所述的批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，其特征在于，所述的聚合物电子胶为聚甲基丙烯酸酯PMMA、ARP、ZEP、NR-9中的任意一种，电子胶的厚度大于等于300nm，不超过2μm。
5.根据权利要求1所述的批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，其特征在于，所述的硫系薄膜为硫化砷As-S、硒化砷As-Se、锗砷硒Ge-As-Se、砷碲硒As-Te-Se、锗砷硫Ge-As-S、锗锑硒Ge-Sb-Se、锗锑硫Ge-Sb-S中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，其特征在于，所述的圆柱状结构的深度范围为300nm-42μm，直径≥200nm；硫系薄膜厚度至少大于圆柱状结构深度50nm，厚度范围为0.354μm-5μm；沉积方式为热蒸镀、电子束蒸镀或磁控溅射，沉积速度不超过5nm/分钟。
7.根据权利要求5所述的批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，其特征在于，所述的盘状结构的直径大于圆柱形结构的直径；盘状结构为对称性圆形或非对称结构。
8.根据权利要求1至7任一项所述的批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，其特征在于，所述的除胶剂为丙酮或1165除胶剂。
9.根据权利要求8所述的批量化高品质因子硫系悬空微盘制备方法，其特征在于，所述的回流温度根据硫系薄膜组分确定，范围是180-300度；升温速度不超过10度/分钟；回流时间为0.5-24小时。
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2019
- 2019-11-19 CN CN201911135771.0A patent/CN111103740B/zh active Active
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