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。

技術(shù)特征：

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。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種二氧化硅腔光機(jī)械系統(tǒng)微半球諧振子加工方法，應(yīng)用于微納米加工技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)半球諧振陀螺儀時(shí)，存在的刻蝕速率不可控、裸硅片刻蝕均勻性不高的問題；本發(fā)明選擇了二氟化氙(XeF<subgt;2</subgt;)作為硅材料的干法各向同性刻蝕劑。XeF<subgt;2</subgt;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XeF<subgt;2</subgt;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/SiO<subgt;2</subgt;(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。

技術(shù)研發(fā)人員：黃勇軍,王茂源,張森宇,劉君,黃文逸,鮮承偉,匡鵬舉,文光俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/17