CN1840464A - 微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,包括步骤:1、在硅基片表面上光刻出下电极图形;2、蒸发铬/金薄膜;3、超声剥离;4、淀积二氧化硅牺牲层;5、光刻腐蚀隔离槽图形;6、蒸发铬作为掩蔽层;7、超声剥离;8、干法刻蚀隔离槽内的二氧化硅;9、去铬;10、淀积氮化硅;11、光刻上电极图形;12、蒸镀铬/金薄膜;13、超声剥离;14、光刻腐蚀孔;15、干法刻蚀氮化硅;16、湿法去除二氧化硅牺牲层;17释放结构。由此芯片制做的微电力机械系统电可调谐光学滤波器器件,可在光通信波分复用系统中将光纤中不同波长传输的信号进行复用或解复用,或者在光网络中用作光插/分复用器(OADM)。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,属微电子器件制备技术领域。
背景技术
可调谐光学滤波器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中,将光纤中不同波长传输的信号进行复用或解复用,或者在光网络中用作光插/分复用器(OADM)。
本发明给出了微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器芯片核心部分的制备方法。微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器同普通的光学滤波器相比具有体积小、易集成、成本低、调谐性能好的优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器芯片的制备方法。
为达到上述目的,本发明的技术解决方案是:微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,包括下列步骤:
1、在硅基片表面上光刻出下电极图形;
2、蒸发铬/金薄膜;
3、超声剥离;
4、淀积二氧化硅牺牲层;
5、光刻腐蚀隔离槽图形;
6、蒸发铬作为掩蔽层;
7、超声剥离;
8、干法刻蚀隔离槽内的二氧化硅;
9、去铬;
10、淀积氮化硅;
11、光刻上电极图形;
12、蒸镀铬/金薄电极,即上电极;
13、超声剥离;
14、光刻湿法腐蚀孔图形;
15、刻蚀氮化硅薄膜;
16、湿法去除二氧化硅牺牲层;
17、释放结构。
所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其操作步骤为:
第一步:选用普通硅片做衬底,在衬底上涂光学光刻胶,经过曝光显影后得到下电极图形;
第二步:将显影后的硅片在反应离子刻蚀中采用氧气去底胶,流量55~65毫升每秒,等离子体偏压功率为10~15瓦特,去底胶后片子立即送入蒸发台,采用电子束蒸发工艺蒸发铬/金薄膜;
第三步:把蒸发过金属膜的基片置于丙酮器皿中,并外加超声波去除硅片上的光刻胶及胶上的铬/金薄膜,得到下电极图形;
第四步:在铬/金的下电极上采用等离子增强型化学气相沉积工艺淀积二氧化硅牺牲层,厚度1100~1300nm;
第五步:在二氧化硅层上光刻出腐蚀隔离槽的图形;
第六步:在二氧化硅牺牲层和光刻胶的上方采用电子束蒸发工艺蒸发铬膜,铬膜的厚度为45~55nm;
第七步:采用超声剥离工艺,去掉二氧化硅薄膜上的正胶及其上的铬膜,制得铬的干法刻蚀掩蔽图形;
第八步:在铬掩蔽下采用干法反应离子刻蚀工艺将隔离槽内的二氧化硅刻透,得到隔离槽结构;
第九步:采用去铬液湿法腐蚀方法去除二氧化硅上的铬掩蔽膜;
第十步:在二氧化硅上采用低压化学气相沉积工艺淀积氮化硅,淀积厚度为180~220nm;
第十一步:在氮化硅的表面采用光刻胶光刻出上电极图形;
第十二步:采用电子束蒸发工艺在氮化硅及光刻胶的表面蒸镀铬/金薄膜电极;
第十三步:采用超声剥离工艺,去掉氮化硅薄膜上的正胶及其上的铬/金薄膜,制得上电极图形;
第十四步:在上电极图形的上方采用光刻胶光刻出湿法腐蚀孔的图形;
第十五步:在胶掩蔽下采用干法反应离子刻蚀工艺将腐蚀孔内的氮化硅刻透,得到腐蚀孔结构;
第十六步:采用HF缓冲腐蚀液,通过腐蚀孔,将氮化硅膜下方的二氧化硅牺牲层完全腐蚀掉;
第十七步:待牺牲层腐蚀完后,将整个硅片从腐蚀液中取出并立刻放入无水乙醇中对悬空腔中的水分进行置换,然后再放入丙酮中对乙醇进行置换,最后放入乙醚中置换丙酮,由于乙醚在空气中挥发极快,所以当硅片从乙醚中取出在空气中干燥后,就形成悬浮在空腔体上的可动膜结构,即光学窗口反射膜,至此,滤波器芯片制备完毕。
所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其所述衬底为普通硅片,厚度为480~520μm。
所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其所述第一步、第五步、第十一步和第十四步中光学光刻胶,为S9912光学光刻胶,胶厚为1000~1500nm。
所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其所述第二步和第十二步中,用电子束蒸发工艺蒸发铬/金薄膜,是先蒸发铬厚度35~45nm,然后蒸发金厚度55~65nm,蒸发过程中硅片附近区域温度为24~26℃。
所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其所述第十六步中HF缓冲腐蚀液,其配比为NH4F(40%)∶HF(49%)=7∶1。
所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其所述光学窗口反射膜,其尺寸为400μm×400μm。
本发明方法特别适于用来制备微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器芯片。将该芯片与准直透镜和输入输出单模双光纤一体化封装在石英或陶瓷管套内,加上外电压,就可制得微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器器件。该器件可非常广泛的应用在波分复用光纤光网络中。
附图说明
图1至图16为本发明方法的工艺操作流程示意图;
图17为用本发明方法制作的微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器芯片的立体示意图;
图18为图17的A-A剖面示意图。
具体实施方式
现结合附图详细说明本发明的技术方案。根据以上所述的微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其操作步骤为:
第一步在硅基片101表面上光刻出下电极图形102。
如图1所示,选用普通硅片做衬底101,衬底的厚度为500μm,在衬底上涂S9912光学光刻胶,胶厚1000-1500nm,经过曝光显影后得到下电极图形102;
第二步蒸发铬/金薄膜103。
如图2所示,首先将显影后的硅片在反应离子刻蚀(RIE)中采用氧气去底胶,流量60毫升每秒,等离子体偏压功率为10瓦特,去底胶后片子立即送入蒸发台,采用电子束蒸发工艺先蒸发铬厚度40nm,然后蒸发金厚度60nm,蒸发过程中硅片附近区域温度为25℃;
第三步超声剥离。
如图3所示,把蒸发过金属膜的基片置于丙酮器皿中,并外加超声波去除硅片101上的光刻胶102及胶上的铬/金薄膜103,得到下电极图形103;
第四步淀积二氧化硅牺牲层104。
如图4所示,在金电极103上采用等离子增强型化学气相沉积(PECVD)工艺淀积二氧化硅牺牲层104,厚度1200nm;
第五步光刻腐蚀隔离槽图形105。
如图5所示,在二氧化硅104上光刻出腐蚀隔离槽的图形105;
第六步蒸发铬作为掩蔽层106。
如图6所示,在二氧化硅牺牲层104和光刻胶105的上方采用电子束蒸发工艺蒸发铬膜106,铬膜的厚度为50nm;
第七步超声剥离。
如图7所示,采用超声剥离工艺,去掉二氧化硅薄膜104上的正胶105及其上的铬膜106,制得铬的干法刻蚀掩蔽图形107;
第八步干法刻蚀隔离槽内的二氧化硅。
如图8所示,在铬掩蔽下采用干法反应离子刻蚀(RIE)工艺将隔离槽内的二氧化硅刻透,到金电极103为止,得到隔离槽结构108;
第九步去铬膜106。
如图9所示,采用去铬液湿法腐蚀方法去除二氧化硅104上的铬掩蔽膜106;
第十步淀积氮化硅109。
如图10所示,在二氧化硅104上采用低压化学气相沉积工艺(LPCVD)淀积氮化硅109,淀积厚度为200nm;
第十一步光刻上电极图形110。
如图11所示,在氮化硅109的表面采用S9912光刻胶光刻出上电极图形110;
第十二步蒸镀铬/金薄膜电极,即上电极111。
如图12所示,采用电子束蒸发工艺在氮化硅109及光刻胶110的表面蒸镀铬/金薄膜电极,铬厚度40nm,金厚度60nm;
第十三步超声剥离。
如图13所示,采用超声剥离工艺,去掉氮化硅薄膜109上的正胶110及其上的铬/金薄膜111,制得上电极图形112;
第十四步光刻湿法腐蚀孔图形113。
如图14所示,在上电极图形112的上方采用S9912胶光刻出湿法腐蚀孔的图形113;
第十五步刻蚀氮化硅薄膜109。
如图15所示,在胶掩蔽下采用于法反应离子刻蚀(RIE)工艺将腐蚀孔内的氮化硅刻透,到二氧化硅牺牲层104为止,得到腐蚀孔结构114;
第十六步湿法去除二氧化硅牺牲层104。
如图16所示,采用HF缓冲腐蚀液(BHF),通过腐蚀孔114,将氮化硅膜109下方的二氧化硅牺牲层104完全腐蚀掉,缓冲腐蚀液(BHF)的配比为NH4F(40%)∶HF(49%)=7∶1;
第十七步释放结构。
待牺牲层104腐蚀完后,将整个硅片从腐蚀液中取出并立刻放入无水乙醇中对悬空腔中的水分进行置换,然后再放入丙酮中对乙醇进行置换,最后放入乙醚中置换丙酮,由于乙醚在空气中挥发极快,所以当硅片从乙醚中取出在空气中干燥后,就形成悬浮在空腔体上的可动膜结构115,即光学窗口反射膜,光学窗口反射膜的尺寸为400μm×400μm,至此,滤波器芯片制备完毕。如图17所示,为最终完成的微电力机械系统(MEMS)电可调谐光学滤波器芯片的立体示意图;图18为器件的A-A剖面示意图。
Claims (7)
1一种微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片制备方法,其特征在于,包括下列步骤:
1、在硅基片表面上光刻出下电极图形;
2、蒸发铬/金薄膜;
3、超声剥离;
4、淀积二氧化硅牺牲层;
5、光刻腐蚀隔离槽图形;
6、蒸发铬作为掩蔽层;
7、超声剥离;
8、干法刻蚀隔离槽内的二氧化硅;
9、去铬;
10、淀积氮化硅;
11、光刻上电极图形;
12、蒸镀铬/金薄电极,即上电极;
13、超声剥离;
14、光刻湿法腐蚀孔图形;
15、刻蚀氮化硅薄膜;
16、湿法去除二氧化硅牺牲层;
17、释放结构。
2.根据权利要求1所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其特征在于,操作步骤为:
第一步:选用普通硅片做衬底,在衬底上涂光学光刻胶,经过曝光显影后得到下电极图形;
第二步:将显影后的硅片在反应离子刻蚀中采用氧气去底胶,流量55~65毫升每秒,等离子体偏压功率为10~15瓦特,去底胶后片子立即送入蒸发台,采用电子束蒸发工艺蒸发铬/金薄膜;
第三步:把蒸发过金属膜的基片置于丙酮器皿中,并外加超声波去除硅片上的光刻胶及胶上的铬/金薄膜,得到下电极图形;
第四步:在铬/金的下电极上采用等离子增强型化学气相沉积工艺淀积二氧化硅牺牲层,厚度1100~1300nm;
第五步:在二氧化硅层上光刻出腐蚀隔离槽的图形;
第六步:在二氧化硅牺牲层和光刻胶的上方采用电子束蒸发工艺蒸发铬膜,铬膜的厚度为45~55nm;
第七步:采用超声剥离工艺,去掉二氧化硅薄膜上的正胶及其上的铬膜,制得铬的干法刻蚀掩蔽图形;
第八步:在铬掩蔽下采用干法反应离子刻蚀工艺将隔离槽内的二氧化硅刻透,得到隔离槽结构;
第九步:采用去铬液湿法腐蚀方法去除二氧化硅上的铬掩蔽膜;
第十步:在二氧化硅上采用低压化学气相沉积工艺淀积氮化硅,淀积厚度为180~220nm;
第十一步:在氮化硅的表面采用光刻胶光刻出上电极图形;
第十二步:采用电子束蒸发工艺在氮化硅及光刻胶的表面蒸镀铬/金薄膜电极;
第十三步:采用超声剥离工艺,去掉氮化硅薄膜上的正胶及其上的铬/金薄膜,制得上电极图形;
第十四步:在上电极图形的上方采用光刻胶光刻出湿法腐蚀孔的图形;
第十五步:在胶掩蔽下采用干法反应离子刻蚀工艺将腐蚀孔内的氮化硅刻透,得到腐蚀孔结构;
第十六步:采用HF缓冲腐蚀液,通过腐蚀孔,将氮化硅膜下方的二氧化硅牺牲层完全腐蚀掉;
第十七步:待牺牲层腐蚀完后,将整个硅片从腐蚀液中取出并立刻放入无水乙醇中对悬空腔中的水分进行置换,然后再放入丙酮中对乙醇进行置换,最后放入乙醚中置换丙酮,由于乙醚在空气中挥发极快,所以当硅片从乙醚中取出在空气中干燥后,就形成悬浮在空腔体上的可动膜结构,即光学窗口反射膜,至此,滤波器芯片制备完毕。
3.根据权利要求2所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其特征在于,所述衬底为普通硅片,厚度为480~520μm。
4.根据权利要求2所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其特征在于,所述第一步、第五步、第十一步和第十四步中光学光刻胶,为S9912光学光刻胶,胶厚为1000~1500nm。
5.根据权利要求2所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其特征在于,所述第二步和第十二步中,用电子束蒸发工艺蒸发铬/金薄膜,是先蒸发铬厚度35~45nm,然后蒸发金厚度55~65nm,蒸发过程中硅片附近区域温度为24~26℃。
6.根据权利要求2所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其特征在于,所述第十六步中HF缓冲腐蚀液,其配比为NH4F(40%)∶HF(49%)=7∶1。
7.根据权利要求2所述的微电力机械系统电可调谐光学滤波器芯片的制备方法,其特征在于,所述光学窗口反射膜,其尺寸为400μm×400μm。
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