CN1289942C - Mems电可调光衰减器芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种MEMS电可调光衰减器芯片的制备方法，属微电子器件制备技术领域，包括14个工艺操作步骤：制备衬底和下电极(1)；生长二氧化硅薄膜(2)；制备凹腔(22)；溅射铝膜；制备牺牲层(5)；淀积氮化硅薄膜(6)；溅射铝膜(7)；光刻腐蚀孔(4)；去正胶(3)和铝膜(7)；光刻上电极图形(8)；溅射钛铂金膜；制备钛铂金电极；腐蚀牺牲层(5)，得空腔体(10)；脱水干燥，得衰减器芯片(12)，有制备工艺简单，适于批量生产，产品体积小，性能好等优点，适于用来制备MEMS电可调光衰减器芯片(12)，继而制得MEMS电可调光衰减器器件，可在波分复用光纤光网络中，用来调整均衡各信道光信号的强弱，还可以用于模拟光纤长距离传输的光功率损耗或检测传输系统的动态范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种MEMS电可调光衰减器芯片的制备方法，属微电子器件制备技术领域。
背景技术
电可调光衰减器(Variable Optical Attenuator，简称VOA)是现代宽带光网中的一种核心器件。在波分复用光纤光网络(W D M FiberOptical Networks)中，用来调整均衡各信道光信号的强弱。同时还可以用于模拟光纤长距离传输的光功率损耗或检测传输系统的动态范围。
2002年12月本发明人申请了一项实用新型专利《电可调光衰减器》，申请号为02288433.5，该实用新型只涉及MEMS电可调光衰减器的结构，并未给出该衰减器的核心部分，芯片的制备方法。
发明内容
本发明旨在提供一种MEMS电可调光衰减器芯片的制备方法。
本发明的技术方案的特征在于，包括14个工艺操作步骤：制备衬底和下电极1；生长二氧化硅薄膜2；制备凹腔22；溅射铝膜；制备牺牲层5；淀积氮化硅薄膜6；溅射铝膜7；光刻腐蚀孔4；去正胶3和铝膜7；光刻上电极图形8；溅射钛铂金膜；制备钛铂金电极；腐蚀牺牲层5，得空腔体10；脱水干燥，得衰减器芯片120
现结合附图详细说明本发明的技术方案。根据以上所述的MEMS电可调光衰减器芯片的制备方法，其特征在于，操作步骤：
第一步制备衬底和下电极1
选用n型硅做衬底，衬底的厚度为350μm，采用扩散工艺，将衬底进行磷掺杂，测试扩散薄层电阻Rs＜50/□，衬底将作为所涉衰减器芯片12的下电极1，并将其从表面引出；
第二步生长二氧化硅薄膜2
交替采用热氧化方法的干氧氧化和湿氧氧化工艺在衬底上生长厚度为1±0.05μm的二氧化硅薄膜2；
第三步制备凹腔22
在二氧化硅薄膜2上涂正胶3，采用圆形凹腔掩膜版光刻后，中央圆形区处的正胶3被显影掉，其它区域的正胶3被保留作为下一步腐蚀的掩膜，然后用氢氟酸腐蚀掉中央圆形区处的二氧化硅薄膜，形成凹腔22，凹腔22的直径为300～500μm；
第四步溅射铝膜
不去胶，在硅片表面直接溅射1±0.05μm厚的铝膜；
第五步制备牺牲层5
采用超声剥离工艺，去掉二氧化硅薄膜2上的正胶3及其上的铝膜，制得牺牲层5；
第六步淀积氮化硅薄膜6
采用等离子体增强化学气相淀积工艺，在硅片表面淀积厚度为300±5nm的氮化硅薄膜6；
第七步溅射铝膜7
在氮化硅薄膜6上，再次溅射铝膜7，铝膜7的厚度为500±5nm；
第八步光刻腐蚀孔4
在铝膜7上涂正胶3，采用圆形腐蚀孔掩膜版光刻后，在正胶3上形成腐蚀孔4的图案，然后用磷酸腐蚀掉腐蚀孔4中的铝膜7，留下的铝膜7作氮化硅薄膜刻蚀时的掩蔽保护层，烘干后用六氟化硫等离子体，刻蚀掉腐蚀孔4中的氮化硅薄膜，得腐蚀孔4，腐蚀孔4的个数和直径分别为32个和8±0.05μm；
第九步去正胶3和铝膜7
将整个硅片浸入丙酮溶液中，采用超声剥离工艺去除表面正胶3，然后将整个硅片浸入氢氧化钠溶液中，腐蚀掉铝膜7，得所涉衰减器芯片12的表面图形；
第十步光刻上电极图形8
在硅片表面涂正胶，采用上电极掩膜版光刻后，得到上电极图形8；
第十一步溅射钛铂金膜
在硅片表面溅射钛铂金膜，溅射的钛膜、铂膜和金膜厚度分别为50±0.5nm、100±0.5nm和200±0.5nm；
第十二步制备钛铂金电极，即上电极9
采用超声剥离工艺，去掉正胶及其上的钛铂金膜，得钛铂金电极，即上电极9；
第十三步腐蚀牺牲层5，得空腔体10
将整个硅片浸入磷酸、冰醋酸、硝酸和水以80％∶10％∶5％∶5％的体积比混合而成的酸性溶液中，酸性溶液通过腐蚀孔4，腐蚀掉牺牲层5，得空腔体10；
第十四步脱水干燥，得衰减器芯片12
将整个硅片浸入乙醇和乙醚以1∶1体积比混合而成的溶液中进行脱水，然后放入干燥剂中干燥，去除空腔体10中的水份，形成悬浮在空腔体10上的鼓式可动膜结构，即光学窗口反射膜11，光学窗口反射膜11的直径为100～150μm，至此，衰减器芯片12制备完毕。
整个工艺制备过程示于图1～13。
本发明有以下突出效果：
1、制备工艺简单，易于实施。
2、适于批量生产，成本低。
3、产品体积小，性能好，响应时间短，仅6微秒。
附图说明
图1是重掺杂n型硅片作衬底和下电极1的示意图。
图2是在硅衬底上生长二氧化硅薄膜2的示意图。
图3是制备凹腔22的示意图。
图4是在硅片表面溅射铝膜的示意图。
图5是制备牺牲层5的示意图。
图6是在硅片表面淀积氮化硅薄膜6的示意图。
图7是在氮化硅薄膜6上溅射铝膜7的示意图。
图8是光刻腐蚀孔4的示意图。
图9是去氮化硅薄膜6上的正胶3和铝膜7，得所涉衰减器的表面图形的示意图。
图10是光刻上电极图形8的示意图。
图11是在硅片表面溅射钛铂金膜的示意图。
图12是制备钛铂金电极，即上电极9的示意图。
图13是腐蚀牺牲层5，得空腔体10的示意图。
图14是本发明所涉的电可调光衰减器芯片12的俯视平面结构示意图。
图15是本发明所涉的电可调光衰减器一体化封装的结构示意图，12是所涉的光衰减器芯片，13和14是输入输出单模双光纤，15是准直透镜，16是粘合剂，17是石英基座，18是引出电极，19是固定套，20是石英管套，21是外壳。
具体实施方式
在上述发明内容中，已对本发明的技术方案详加说明，该方案就是具体实施方式，这里就不再重复。本发明特别适于用来制备MEMS电可调光衰减器芯片12。只需将该芯片与准直透镜15和输入输出单模双光纤13和14一体化封装在石英管套20内后，加上外壳21，就可制得MEMS电可调光衰减器器件。该器件可在波分复用光纤光网络中，用来调整均衡各信道光信号的强弱，同时还可以用于模拟光纤长距离传输的光功率损耗或检测传输系统的动态范围。
Claims (2)
1.一种MEMS电可调光衰减器芯片的制备方法，其特征在于，包括14个工艺操作步骤：制备衬底和下电极(1)；生长二氧化硅薄膜(2)；制备凹腔(22)；溅射铝膜；制备牺牲层(5)；淀积氮化硅薄膜(6)；溅射铝膜(7)；光刻腐蚀孔(4)；去正胶(3)和铝膜(7)；光刻上电极图形(8)；溅射钛铂金膜；制备钛铂金电极；腐蚀牺牲层(5)，得空腔体(10)；脱水干燥，得衰减器芯片(12)。
2.根据权利要求1所述的MEMS电可调光衰减器芯片的制备方法，其特征在于，操作步骤：
第一步 制备衬底和下电极(1)
选用n型硅做衬底，衬底的厚度为350μm，采用扩散工艺，将衬底进行磷掺杂，测试扩散薄层电阻Rs＜5Ω/□，衬底将作为所涉衰减器芯片(12)的下电极(1)，并将其从表面引出；
第二步 生长二氧化硅薄膜(2)
交替采用热氧化方法的干氧氧化和湿氧氧化工艺在衬底上生长厚度为1±0.05μm的二氧化硅薄膜(2)；
第三步 制备凹腔(22)
在二氧化硅薄膜(2)上涂正胶(3)，采用圆形凹腔掩膜版光刻后，中央圆形区处的正胶(3)被显影掉，其它区域的正胶(3)被保留作为下一步腐蚀的掩膜，然后用氢氟酸腐蚀掉中央圆形区处的二氧化硅薄膜，形成凹腔(22)，凹腔(22)的直径为300～500μm；
第四步 溅射铝膜
不去胶，在硅片表面直接溅射1±0.05μm厚的铝膜；
第五步 制备牺牲层(5)
采用超声剥离工艺，去掉二氧化硅薄膜(2)上的正胶(3)及其上的铝膜，制得牺牲层(5)；
第六步 淀积氮化硅薄膜(6)
采用等离子体增强化学气相淀积工艺，在硅片表面淀积厚度为300±5nm的氮化硅薄膜(6)；
第七步 溅射铝膜(7)
在氮化硅薄膜(6)上，再次溅射铝膜(7)，铝膜(7)的厚度为500±5nm；
第八步 光刻腐蚀孔(4)
在铝膜(7)上涂正胶(3)，采用圆形腐蚀孔掩膜版光刻后，在正胶(3)上形成腐蚀孔(4)的图案，然后用磷酸腐蚀掉腐蚀孔(4)中的铝膜(7)，留下的铝膜(7)作氮化硅薄膜刻蚀时的掩蔽保护层，烘干后用六氟化硫等离子体，刻蚀掉腐蚀孔(4)中的氮化硅薄膜，得腐蚀孔(4)，腐蚀孔(4)的个数和直径分别为32个和8±0.05μm；
第九步 去正胶(3)和铝膜(7)
将整个硅片浸入丙酮溶液中，采用超声剥离工艺去除表面正胶(3)，然后将整个硅片浸入氢氧化钠溶液中，腐蚀掉铝膜(7)，得所涉衰减器芯片(12)的表面图形；
第十步 光刻上电极图形(8)
在硅片表面涂正胶，采用上电极掩膜版光刻后，得到上电极图形(8)；
第十一步 溅射钛铂金膜
在硅片表面溅射钛铂金膜，溅射的钛膜、铂膜和金膜厚度分别为50+0.5nm、100±0.5nm和200±0.5nm；
第十二步 制备钛铂金电极，即上电极(9)
采用超声剥离工艺，去掉正胶及其上的钛铂金膜，得钛铂金电极，即上电极(9)；
第十三步 腐蚀牺牲层(5)，得空腔体(10)
将整个硅片浸入磷酸、冰醋酸、硝酸和水以80％10％∶5％∶5％的体积比混合而成的酸性溶液中，酸性溶液通过腐蚀孔(4)，腐蚀掉牺牲层(5)，得空腔体(10)；
第十四步 脱水干燥，得衰减器芯片(12)
将整个硅片浸入乙醇和乙醚以1∶1体积比混合而成的溶液中进行脱水，然后放入干燥剂中干燥，去除空腔体(10)中的水份，形成悬浮在空腔体(10)上的鼓式可动膜结构，即光学窗口反射膜(11)，光学窗口反射膜(11)的直径为100～150μm，至此，衰减器芯片(12)制备完毕。
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