本發(fā)明屬于微納米加工,特別涉及一種半球諧振子加工技術(shù)。
背景技術(shù):
1、目前,微電機(jī)系統(tǒng)(mems)技術(shù)中生產(chǎn)半球諧振陀螺儀的主要方法包括微玻璃吹制技術(shù)、犧牲層技術(shù)以及精密加工技術(shù)。盡管傳統(tǒng)的mems工藝如吹制法和犧牲層法在成本控制、技術(shù)復(fù)雜性以及與精加工法相比的優(yōu)勢(shì)方面表現(xiàn)出色,但這些方法在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些未能解決的技術(shù)難題。微玻璃吹制法難以實(shí)現(xiàn)幾十微米級(jí)別的諧振子加工,高溫吹制過程中生成的半球殼壁厚且均勻性差;火焰吹制法則要求高精度的石墨模具和精確的定位及加工平臺(tái),且其釋放工藝效率不高。濕法刻蝕犧牲層技術(shù)雖在成本和表面光滑度方面具有優(yōu)勢(shì),但溶液配制、加工時(shí)間和過程控制需要大量實(shí)驗(yàn)探索。此外,濕法刻蝕過程中溶液與硅基底反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡隨機(jī)性高,控制難度大。雖然理論上基于犧牲層法的傳統(tǒng)體硅工藝能在硅襯底上刻蝕出接近標(biāo)準(zhǔn)半球形的硅模具,但保護(hù)層下的側(cè)向刻蝕及刻蝕窗口對(duì)反應(yīng)物和生成物擴(kuò)散的限制會(huì)導(dǎo)致非理想的橢球狀或圓盤狀形貌。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,選擇了二氟化氙(xef2)作為硅材料的干法各向同性刻蝕劑。xef2在對(duì)硅的選擇性刻蝕方面優(yōu)于其他標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體材料,且避免了濕法刻蝕中常見的表面張力、氣泡和粘連等問題,特別適合于加工微半球諧振子所需的硅模具。利用xef2干法刻蝕系統(tǒng)的脈沖式刻蝕方式,結(jié)合4寸樣品尺寸的兼容性及對(duì)si/sio2(熱氧化)超高的刻蝕選擇比,實(shí)現(xiàn)了在硅材料上的高深寬比各向同性刻蝕。
2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,包括:
3、s1、通過標(biāo)準(zhǔn)的rca清洗流程對(duì)硅晶圓進(jìn)行預(yù)處理;
4、s2、在經(jīng)步驟s1預(yù)處理后的硅晶圓表面,通過熱氧化工藝生長二氧化硅薄層,作為后續(xù)加工的保護(hù)層;
5、s3、在二氧化硅薄層表面旋涂光刻膠,并依次執(zhí)行前烘、曝光、后烘及顯影步驟;然后利用icp-rie刻蝕技術(shù)對(duì)暴露的二氧化硅薄層進(jìn)行刻蝕,形成刻蝕窗口;
6、s4、使用rie刻蝕技術(shù)對(duì)刻蝕窗口下的硅基層進(jìn)行垂直刻蝕;
7、s5、在刻蝕窗口下經(jīng)垂直刻蝕的硅基層上用xef2刻蝕技術(shù)進(jìn)行各項(xiàng)同性刻蝕,以形成微半球模具;
8、s6、完成微半球模具刻蝕后,去除硅表面的二氧化硅薄層,并對(duì)所得微半球模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻膠旋涂步驟,以完成紫外套刻;隨后使用rie刻蝕技術(shù)垂直刻蝕形成所需的wgm諧振環(huán);
9、s7、再次應(yīng)用熱氧化工藝生長二氧化硅層,隨后去除;同時(shí),使用光刻膠對(duì)諧振子外圍區(qū)域進(jìn)行保護(hù);
10、s8、通過熱氧化方法在已有的微半球模具結(jié)構(gòu)上生長二氧化硅層,形成微半球諧振子,并預(yù)先進(jìn)行晶圓切割;
11、s9、采用xef2干法刻蝕技術(shù)對(duì)二氧化硅微半球殼底層硅模具進(jìn)行刻蝕,以釋放微半球諧振子。
12、本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的方法步驟包括:清洗基片、熱氧化二氧化硅作為保護(hù)層、制作刻蝕窗戶、刻蝕預(yù)處理、xef2各向同性刻蝕半球膜具、紫外套刻、熱氧化半球殼、晶圓切割、諧振子釋放。本發(fā)明中,選擇了二氟化氙(xef2)作為硅材料的干法各向同性刻蝕劑。xef2在對(duì)硅的選擇性刻蝕方面優(yōu)于其他標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體材料,且避免了濕法刻蝕中常見的表面張力、氣泡和粘連等問題,特別適合于加工微半球諧振子所需的硅模具。利用xef2干法刻蝕系統(tǒng)的脈沖式刻蝕方式,結(jié)合4寸樣品尺寸的兼容性及對(duì)si/sio2(熱氧化)超高的刻蝕選擇比,實(shí)現(xiàn)了在硅材料上的高深寬比各向同性刻蝕。此外,本發(fā)明方法采用干法刻蝕,相比于濕法刻蝕干法刻蝕速率可控,可以便捷調(diào)控刻蝕強(qiáng)度與時(shí)間;采用干法刻蝕使得裸硅片刻蝕均勻性高;對(duì)比其他微半球諧振子加工工藝,如微玻璃吹制技術(shù)與精密加工技術(shù)?;诟煞涛g的mems技術(shù)可以進(jìn)行晶圓級(jí)別的加工。
1.一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,其特征在于,包括:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,其特征在于,所述硅襯底為4英寸<111>晶向硅片,其厚度為400-1200μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,其特征在于,硅襯底厚度為900μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,其特征在于,所述步驟s2、s7、s8中生長的二氧化硅厚度為1-4μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,其特征在于,所述步驟s2、s7、s8中生長的二氧化硅厚度為2μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,其特征在于,所述刻蝕窗大小半徑為20-200μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,其特征在于,步驟s6所述紫外套刻還包括設(shè)計(jì)雙層十字對(duì)齊標(biāo)記。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法,其特征在于,相鄰微半球諧振子間距大于300μm。