CN1594066A - 硅基微机械光调制器芯片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种硅基微机械光调制器芯片的制备方法，包括硅片准备和磷扩散；制备牺牲层二氧化硅薄膜；制备氮化硅薄膜；蒸铝膜；负胶光刻并腐蚀铝膜；反应离子刻蚀氮化硅薄膜；去除铝膜；腐蚀牺牲层二氧化硅薄膜；正胶光刻；制备复合金属膜；完成电极制备；负胶光刻；腐蚀牺牲层二氧化硅得到悬浮腔；反应离子去胶十四个工艺步骤。有工艺才成熟，成本低等优点。本发明的方法制备的硅基微机械光调制器芯片是光纤到户通讯系统中的关键器件。

Description

硅基微机械光调制器芯片的制备方法
本发明涉及一种硅基微机械光调制器芯片的制备方法，属微机械器件制造的技术领域。
                             背景技术
随着信息技术的不断发展，特别是全光网技术的推进，光纤到户(FTTH)将逐步实现。光调制器是光通信领域的关键器件之一。经过多年的发展，在光通信系统中已出现了多种类型的光调制器件。这些器件的调制速率都很高，一般为每秒109比特，而且价格昂贵，对家庭和办公室等个体用户并不适合。这些用户需要上传的信息量一般不大，需要的是价格低廉，速度适中(如每秒兆比特量级)的光调制器。微机械光调制器正是满足上述要求的理想器件。背景技术的光调制器中，有一种是硅基微机械光调制器。迄今为止，有关硅基微机械光调制器的研制报道还不多。瑞典Neuchatel大学的微技术研究所在1995年报道过一种以多晶硅为悬浮膜的微机械光调制器，但该调制器的工作电压需90伏，很难应用。澳大利亚Sydney大学应用物理系也曾经报道过一种硅基微机械光调制器，虽然性能较好，但需要多次离子注入技术，制备工艺复杂，制作成本也很高。
                                发明内容
尽管现在已经有多种成熟的光调制器件应用于各种类型的光纤通信系统中，但随着光纤到户技术的出现，市场正迫切需要一种能批量生产，价格适中，同时能满足一般性能要求的光调制器件。本发明旨在提供一种硅基微机械光调制器芯片的制备方法。该方法具有生产成本低，工艺成熟和制备的硅基微机械光调制器芯片调制电压低的优点。
本发明的技术方案的特征在于，该芯片的制备方法包括十四个工艺步骤：硅片准备和磷扩散；制备牺牲层二氧化硅薄膜；制备氮化硅薄膜；蒸铝膜；负胶光刻并腐蚀铝膜；反应离子刻蚀氮化硅薄膜；去除铝膜；腐蚀牺牲层二氧化硅薄膜；正胶光刻；制备复合金属膜；完成电极制备；负胶光刻；腐蚀二氧化硅牺牲层得到悬浮腔；反应离子去胶。
现结合附图详细说明本发明的技术方案。一种硅基微机械光调制器芯片的制备方法，其特征在于，操作步骤：
第一步  硅片准备和磷扩散
选用n型硅做衬底6，衬底6的厚度和电阻率分布为350微米和50欧姆·厘米，用标准工艺把衬底6清洗并烘干；用标准的扩散工艺进行磷扩散，工艺条件：炉温1080℃，扩散源POCL3(0℃)，磷源由流量分别为160毫升/分钟和35毫升/分钟的N2和O2携带进入管道，流量为300毫升/分钟的N2作保护气直接进入管道，系统饱和后进行磷扩散，扩散时间为30分钟，扩散得到的薄层电阻R□≤5欧姆/□；
第二步  制备牺牲层二氧化硅薄膜7
以正硅酸乙脂为反应源在氧气气氛中和在600℃下用低压化学汽相淀积工艺淀积二氧化硅薄膜7，该薄膜的厚度为1微米；
第三步  制备氮化硅薄膜8
以氨气和硅烷为反应源在900℃下用低压化学汽相淀积工艺制备氮化硅薄膜8，该薄膜的厚度为0.2微米；
第四步  蒸铝膜9
用真空蒸发工艺蒸发铝膜9，该铝膜的厚度为1微米；
第五步  负胶光刻并腐蚀铝膜9
用负胶光刻，得到氮化硅薄膜8需要的图形，经磷酸腐蚀，使铝膜9成为与结构所需图形相同的铝膜；
第六步  反应离子刻蚀氮化硅薄膜8
在铝膜9保护下，以六氟化硫为气源，用反应离子刻蚀氮化硅薄膜8，使氮化硅薄膜8成为与结构所需图形相同的氮化硅薄膜，氮化硅薄膜8的中间圆形部分的直径为38微米，氮化硅薄膜8的四个悬臂梁的长度和宽度分别为25微米和12微米；
第七步  去除铝膜9
用80℃的磷酸把表面的铝膜9完全腐蚀掉；
第八步  腐蚀牺牲层二氧化硅薄膜7
用氢氟酸缓冲液腐蚀去除接触孔13处和器件结构处的牺牲层二氧化硅薄膜7，使牺牲层二氧化硅薄膜7成为与结构所需图形相同的二氧化硅薄膜，氢氟酸缓冲液的配方为HF∶NH4F∶H2O＝3体积∶6体积∶9体积；
第九步  正胶光刻
用正胶光刻出金属电极14的图形，无正胶部分的图形就是金属电极14的图形；
第十步  制备复合金属膜15
用磁控溅射法制备钛、铂、金复合金属膜15，其中，第一层为钛膜，钛膜的厚度为0.02微米，第二层为铂膜，铂膜的厚度为0.1微米，第三层为金膜，金膜的厚度为0.2微米；
第十一步  完成电极制备
用超声波在丙酮中把第九步光刻的正胶连同其上的复合金属膜15一起去除，得到上电极16和下电极5；
第十二步  负胶光刻
用负胶作为保护层17，光刻露出腐蚀孔，保护其余部分；
第十三步  腐蚀牺牲层二氧化硅7得到悬浮腔
用氢氟酸缓冲溶液在38℃的温度条件下腐蚀牺牲层二氧化硅7，去除牺牲层二氧化硅7，释放器件结构，得到悬浮腔，清洗后放入乙醇溶液中脱水，干燥，氢氟酸缓冲溶液的配方为HF∶NH4F∶H2O＝3体积∶6体积∶9体积；
第十四步  反应离子去胶
用反应离子法去掉表面的保护层17，得到完整的硅基微机械光调制器芯片，其中光学窗口3的直径为18微米。
整个工艺制备过程示于图1～14。图16是器件结构的平面示意图图，图15是示意图中沿对角线方向的剖面图。
本发明有以下突出优点：
1.采用硅工艺，工艺成熟。
2.成本低，适于批量生产。
3.制备的硅基微机械光调制器芯片调制速率可达每秒兆比特级，可以用于光纤
到户系统中家庭用户的信息调制，同时工作电压低，只有20伏，可实现器件的实用化。
                        附图说明
图1是衬底6表面磷扩后的示意图。
图2是衬底6上生长牺牲层二氧化硅薄膜7后的示意图。
图3是牺牲层二氧化硅薄膜7上生长氮化硅薄膜8后的示意图。
图4是氮化硅薄膜8上蒸发铝膜9后的示意图。
图5是负胶光刻并腐蚀铝膜9形成与结构所需图形相同的铝膜保护层后的示意图。
图6是反应离子刻蚀氮化硅薄膜8后形成与结构所需图形相同的氮化硅薄膜的示意图。
图7是去除铝膜9后的示意图。
图8是腐蚀牺牲层二氧化硅薄膜7形成接触孔13和带图形的牺牲层二氧化硅7的示意图。
图9是正胶光刻形成的金属电极14的图形示意图。
图10是磁控溅射制备钛、铂、金复合金属膜15后的示意图。
图11是正胶连同其上的复合金属膜15去除后形成的上电极16和下电极5的示意图。
图12是负胶光刻形成保护层17的示意图。
图13是腐蚀牺牲层二氧化硅7得到悬浮腔后的示意图。
图14是用反应离子法去掉表面的保护层17，形成器件的最终结构，该图及以上各图是平面结构示意图16中沿水平线H方向的总体结构示意图。
图15是平面结构示意图16沿对角线C方向的结构示意图。
图16总体平面示意图，其中3是光学窗口，其直径为18微米，2是由器件的含上电极16的悬臂梁，1是上电极16的接触盘，并和悬臂梁2等处的电极连为一体，4是腐蚀孔，即图14中的空余部分。
                           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，该方案就是本发明的具体实施方式，这里就不再重复。本发明特别适合于用来制备硅基微机械光调制器芯片。硅基微机械光调制器在光通讯领域，特别是在光纤到户系统中有广泛的应用前景，是当代微光机电系统(MOEMS)研究的主要方向之一。微机械光调制器是现代光通讯系统中的关键器件，可方便地在光纤到户系统中实现无源光调制。

Claims (2)

1.一种硅基微机械光调制器芯片的制备方法，其特征在于，包括十四个工艺步骤：硅片准备和磷扩散；制备牺牲层二氧化硅薄膜；制备氮化硅薄膜；蒸铝膜；负胶光刻并腐蚀铝膜；反应离子刻蚀氮化硅薄膜；去除铝膜；腐蚀牺牲层二氧化硅薄膜；正胶光刻；制备复合金属膜；完成电极制备；负胶光刻；腐蚀二氧化硅牺牲层得到悬浮腔；反应离子去胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，操作步骤：
第一步硅片准备和磷扩散
选用n型硅做衬底(6)，衬底(6)的厚度和电阻率分布为350微米和50欧姆·厘米，用标准工艺把衬底(6)清洗并烘干；用标准的扩散工艺进行磷扩散，工艺条件：炉温1080℃，扩散源POCL3(0℃)，磷源由流量分别为160毫升/分钟和35毫升/分钟的N2和O2携带进入管道，流量为300毫升/分钟的N2作保护气直接进入管道，系统饱和后进行磷扩散，扩散时间为30分钟，扩散得到的薄层电阻R□≤5欧姆/□；
第二步制备牺牲层二氧化硅薄膜(7)
以正硅酸乙脂为反应源在氧气气氛中和在600℃下用低压化学汽相淀积工艺，淀积二氧化硅薄膜(7)，该薄膜的厚度为1微米；
第三步制备氮化硅薄膜(8)
以氨气和硅烷为反应源在900℃下用低压化学汽相淀积工艺制备氮化硅薄膜(8)，该薄膜的厚度为0.2微米；
第四步蒸铝膜(9)
用真空蒸发工艺蒸发铝膜(9)，该铝膜的厚度为1微米；
第五步负胶光刻并腐蚀铝膜(9)
用负胶光刻，得到氮化硅薄膜(8)需要的图形，经磷酸腐蚀，使铝膜(9)成为与结构所需图形相同的铝膜；
第六步反应离子刻蚀氮化硅薄膜(8)
在铝膜(9)保护下，以六氟化硫为气源，用反应离子刻蚀氮化硅薄膜(8)，使氮化硅薄膜(8)成为与结构所需图形相同的氮化硅薄膜，氮化硅薄膜(8)的中间圆形部分的直径为38微米，氮化硅薄膜(8)的四个悬臂梁的长度和宽度分别为25微米和12微米；
第七步去除铝膜(9)
用80℃的磷酸把表面的铝膜(9)完全腐蚀掉；
第八步腐蚀牺牲层二氧化硅薄膜(7)
用氢氟酸缓冲液腐蚀去除接触孔(13)处和器件结构处的牺牲层二氧化硅薄膜(7)，使牺牲层二氧化硅薄膜(7)成为与结构所需图形相同的二氧化硅薄膜，氢氟酸缓冲液的配方为HF∶NH4F∶H2O＝3体积∶6体积∶9体积；
第九步正胶光刻
用正胶光刻出金属电极(14)的图形，无正胶部分的图形就是金属电极(14)的图形；
第十步制备复合金属膜(15)
用磁控溅射法制备钛、铂、金复合金属膜(15)，其中，第一层为钛膜，钛膜的厚度为0.02微米，第二层为铂膜，铂膜的厚度为0.1微米，第三层为金膜，金膜的厚度为0.2微米；
第十一步完成电极制备
用超声波在丙酮中把第九步光刻的正胶连同其上的复合金属膜(15)一起去除，得到上电极(16)和下电极(5)；
第十二步负胶光刻
用负胶作为保护层(17)，光刻露出腐蚀孔，保护其余部分；
第十三步腐蚀牺牲层二氧化硅(7)得到悬浮腔
用氢氟酸缓冲溶液在38℃的温度条件下腐蚀牺牲层二氧化硅(7)，去除牺牲层二氧化硅(7)，释放器件结构，得到悬浮腔，清洗后放入乙醇溶液中脱水，干燥，氢氟酸缓冲溶液的配方为HF∶NH4F∶H2O＝3体积∶6体积∶9体积；
第十四步反应离子去胶
用反应离子法去掉表面的保护层(17)，得到完整的硅基微机械光调制器芯片，其中光学窗口(3)的直径为18微米。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1322608C (zh) * 2005-05-20 2007-06-20 清华大学 一种具有高表面积和高填隙容量的碳电极阵列的制备方法
CN100349047C (zh) * 2005-03-29 2007-11-14 中国科学院微电子研究所 硅基液晶铝反射电极的钝化保护方法
CN100420620C (zh) * 2005-03-29 2008-09-24 中国科学院微电子研究所 微电子机械系统电可调谐光学滤波器芯片制备方法
CN100509610C (zh) * 2005-11-24 2009-07-08 中国科学院微电子研究所 一种微机电系统振动射流执行器的制备方法
CN103193200A (zh) * 2013-03-14 2013-07-10 西安工业大学 火棉胶薄膜的图形化方法
CN103476702A (zh) * 2010-12-07 2013-12-25 普利麦克斯有限公司 用于制造机电系统的方法
CN104347363A (zh) * 2013-08-02 2015-02-11 无锡华润上华半导体有限公司 一种去除深沟槽刻蚀工艺后的圆片的硬质掩蔽层的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1225401C (zh) * 2002-05-16 2005-11-02 华东师范大学 微电子机械毫米波压控相移器的制造方法
CN1226647C (zh) * 2002-09-29 2005-11-09 吉林大学 利用（110）硅片制作微机械光开关、光开关阵列的方法
CN2585251Y (zh) * 2002-12-17 2003-11-05 华东师范大学 电可调光衰减器
CN1289942C (zh) * 2003-05-26 2006-12-13 华东师范大学 Mems电可调光衰减器芯片的制备方法
CN1218365C (zh) * 2003-09-05 2005-09-07 中国电子科技集团公司第十三研究所 基于硅硅键合的全干法深刻蚀微机械加工方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100349047C (zh) * 2005-03-29 2007-11-14 中国科学院微电子研究所 硅基液晶铝反射电极的钝化保护方法
CN100420620C (zh) * 2005-03-29 2008-09-24 中国科学院微电子研究所 微电子机械系统电可调谐光学滤波器芯片制备方法
CN1322608C (zh) * 2005-05-20 2007-06-20 清华大学 一种具有高表面积和高填隙容量的碳电极阵列的制备方法
CN100509610C (zh) * 2005-11-24 2009-07-08 中国科学院微电子研究所 一种微机电系统振动射流执行器的制备方法
CN103476702A (zh) * 2010-12-07 2013-12-25 普利麦克斯有限公司 用于制造机电系统的方法
CN103476702B (zh) * 2010-12-07 2016-02-10 Spts科技有限公司 用于制造机电系统的方法
CN103193200A (zh) * 2013-03-14 2013-07-10 西安工业大学 火棉胶薄膜的图形化方法
CN103193200B (zh) * 2013-03-14 2016-04-13 西安工业大学 火棉胶薄膜的图形化方法
CN104347363A (zh) * 2013-08-02 2015-02-11 无锡华润上华半导体有限公司 一种去除深沟槽刻蚀工艺后的圆片的硬质掩蔽层的方法
CN104347363B (zh) * 2013-08-02 2018-05-08 无锡华润上华半导体有限公司 一种去除深沟槽刻蚀工艺后的圆片的硬质掩蔽层的方法

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CN1321054C (zh) 2007-06-13

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