專利名稱：一種具有交錯梳齒的靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的制備方法，具體來說，涉及一種具有交錯梳齒的靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
可調(diào)光衰減器(VOA)是光網(wǎng)絡(luò)中的一種重要的光纖無源器件，是組成光放大器的關(guān)鍵部件，在光纖通信系統(tǒng)中起到功率平衡的關(guān)鍵作用。MEMS可調(diào)光衰減器性能可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，造價低廉，易于批量生產(chǎn)，具有廣泛的發(fā)展前景。目前的MEMS光衰減器主要有微鏡結(jié)構(gòu)，通過靜電驅(qū)動實現(xiàn)微鏡的上下偏轉(zhuǎn)。驅(qū)動結(jié)構(gòu)有平板型和梳齒型，平板型難以實現(xiàn)線性控制，梳齒則需要上下交疊，因此加工通常采用硅片正反面加工實現(xiàn)，工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種具有交錯梳齒的靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的制備方法，該制備方法僅在硅片正面加工，且固定梳齒和活動梳齒一次光刻刻蝕成型，工藝簡單易操作，可靠性高，且加工精度高。技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種具有交錯梳齒的靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟:步驟10)選取硅片:選取(100)晶向高摻雜襯底和硅膜的SOI硅片作為起始硅片；SOI硅片從下向上依次為襯底、絕緣層和硅膜；步驟20)采用熱氧化方法在SOI硅片頂面生長一層氧化絕緣層，然后采用旋涂工藝，在氧化絕緣層頂面覆蓋一層光刻膠層，接著采用光刻工藝，在光刻膠層上刻蝕孔，當刻蝕到氧化絕緣層頂面時，用氫氟酸溶液腐蝕掉氧化絕緣層，在硅膜上繼續(xù)刻蝕孔，當刻蝕到絕緣層頂面時，用氫氟酸溶液腐蝕掉絕緣層，從而形成第一孔，該第一孔貫穿光刻膠層、氧化絕緣層、硅膜和絕緣層；隨后采用八氟化四碳氣體干法刻蝕工藝，在第一孔的側(cè)壁和底面上淀積保護層，并用離子轟擊去掉位于第一孔底面上的保護層；步驟30)采用干法感應(yīng)耦合等離子體工藝，沿著第一孔繼續(xù)向下刻蝕孔，在襯底中形成第二孔；步驟40)采用各向同性等離子干法刻蝕工藝，刻蝕位于第一孔下方的襯底，使第二孔的孔徑大于第一孔的孔徑；步驟50)采用氫氟酸溶液，腐蝕掉位于硅膜上方的氧化絕緣層和位于第一孔側(cè)壁的保護層，然后采用外延工藝，對整個表面進行硅外延生長，填充第一孔，使第二孔封閉；步驟60)采用感應(yīng)耦合等離子體工藝，利用光刻板，對硅膜進行梳齒光刻，一直刻到襯底的空腔的底部，形成活動梳齒、固定梳齒、活動電極區(qū)、支桿和扭轉(zhuǎn)桿，支桿通過扭轉(zhuǎn)桿與活動電極區(qū)固定連接，活動梳齒固定連接在支桿的側(cè)面，活動梳齒與固定梳齒交錯布置。
有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的制備方法簡單易操作，可靠性高，且加工精度高。本發(fā)明的制備方法采用半導(dǎo)體工藝，結(jié)合深硅刻蝕加工實現(xiàn)，工藝可靠性高。該制備方法采用SOI晶圓單面加工實現(xiàn)，不需要通過背面加工和硅硅鍵合，可有效保證加工成品率，適合批量化產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。該制備方法僅在硅片上表面加工，且固定梳齒和活動梳齒不需要套刻對準，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。整個工藝簡單，可靠性高。


圖1是本發(fā)明制備方法中步驟20)完成后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明制備方法中步驟30)完成后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明制備方法中步驟40)完成后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明制備方法中步驟50)完成后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明制備方法中步驟60)完成后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有:襯底1、絕緣層2、硅膜3、活動梳齒4、固定梳齒5、光刻膠層6、氧化絕緣層
7、第一孔8、第二孔9、保護層10、活動電極區(qū)11。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。如圖1至圖5所示，本發(fā)明具有交錯梳齒的靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:步驟10)選取硅片:選取(100)晶向高摻雜襯底I和硅膜3的SOI硅片作為起始硅片。SOI硅片從下向上依次為襯底1、絕緣層2和硅膜3。步驟20)如圖1所示，采用熱氧化方法在SOI硅片頂面生長一層氧化絕緣層7，然后采用旋涂工藝，在氧化絕緣層7頂面覆蓋一層光刻膠層6，接著采用光刻工藝，在光刻膠層6上刻蝕孔，當刻蝕到氧化絕緣層7頂面時，用氫氟酸溶液腐蝕掉氧化絕緣層7，在硅膜3上繼續(xù)刻蝕孔，當刻蝕到絕緣層2頂面時，用氫氟酸溶液腐蝕掉絕緣層2，從而形成第一孔8，該第一孔8貫穿光刻膠層6、氧化絕緣層7、硅膜3和絕緣層2 ;隨后采用八氟化四碳氣體干法刻蝕工藝，在第一孔8的側(cè)壁和底面上淀積保護層10，并用離子轟擊去掉位于第一孔8底面上的保護層10。步驟30)如圖2所示，采用干法感應(yīng)耦合等離子體工藝，沿著第一孔8繼續(xù)向下刻蝕孔，在襯底I中形成第二孔9。第二孔9的深度優(yōu)選為2 —10微米。第二孔9和第一孔8相通。步驟40)如圖3所示，采用各向同性等離子干法刻蝕工藝，刻蝕位于第一孔8下方的襯底1，使第二孔9的孔徑大于第一孔8的孔徑。步驟50)如圖4所示，采用氫氟酸溶液，腐蝕掉位于硅膜3上方的氧化絕緣層7和位于第一孔8側(cè)壁的保護層10，然后采用外延工藝，對整個表面進行硅外延生長，填充第一孔8，使第二孔9封閉。步驟60)如圖5所示，采用感應(yīng)耦合等離子體工藝，利用光刻板，對硅膜3進行梳齒光刻，一直刻到襯底I的空腔的底部，形成活動梳齒4、固定梳齒5、活動電極區(qū)11、支桿和扭轉(zhuǎn)桿，支桿通過扭轉(zhuǎn)桿與活動電極區(qū)11固定連接，活動梳齒4固定連接在支桿的側(cè)面，活動梳齒4與固定梳齒5交錯布置。在步驟60)中，活動梳齒4和固定梳齒5 —次刻蝕完成，無需對準?；顒与姌O區(qū)11、支桿和扭轉(zhuǎn)桿也一次刻蝕完成。由于刻蝕過程一次完成，中間不需要增加光刻工藝，因此活動梳齒4和固定梳齒5自動對準并完成。上述制備方法以絕緣體上的硅(文中簡稱SOI)結(jié)合深硅深刻蝕加工技術(shù)實現(xiàn)。該制備方法首先選取SOI圓片，SOI圓片的襯底層就是可變光衰減器的襯底1，SOI圓片中間的氧化層就是絕緣層2，SOI圓片上面的硅膜3用于制造活動梳齒單元4、活動電極區(qū)11、支桿和扭轉(zhuǎn)桿。首先在SOI圓片上的硅膜3開小孔(即第一孔8)陣列，分別露出絕緣層2和氧化絕緣層7，通過腐蝕去掉小孔中的絕緣層2和氧化絕緣層7后，再進行各向同性襯底I腐蝕，形成空腔，然后生長硅膜3填充小孔(即第一孔8)，最后進行上下梳齒的加工。活動梳齒4和固定梳齒5采用一次光刻和刻蝕完成。該制備方法只是在硅片正面進行加工，因此加工工藝相對簡單，且保證了加工精度。采用SOI硅片進行加工，保證了圓片的加工的厚度均勻性，器件的加工成品率好?；顒邮猃X4可以支桿為對稱軸，均勻分布在支桿兩側(cè)，從而保證了結(jié)構(gòu)的平衡性，有利于提高器件的工作穩(wěn)定性和可靠性。如圖5所示，本發(fā)明方法制備的靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)，具有交錯布置的梳齒。固定梳齒5位于下方，活動梳齒4位于固定梳齒5的上方。固定梳齒5和與該固定梳齒5對應(yīng)的活動梳齒4之間有微小的間隔，且電隔離。固定梳齒5和活動梳齒4不是上下一一對應(yīng)，而是交錯布置，固定梳齒5位于相鄰的兩個活動梳齒4之間的下方。同時，固定梳齒5和活動梳齒4在縱向沒有重疊部位?；顒邮猃X4和襯底I電絕緣。當在襯底I和活動電極區(qū)11之間施加靜電，靜電力會驅(qū)使活動梳齒4向下運動，產(chǎn)生位移。整個靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)包括襯底
1、絕緣層2、活動電極區(qū)11、活動梳齒4和固定梳齒5組成。其中，固定梳齒5嵌入在襯底I的上表面內(nèi)，絕緣層2位于襯底I上,活動電極區(qū)11連接在絕緣層2上?；顒与姌O區(qū)11和活動梳齒4都是在硅膜3上制備。兩者為同一種材料制成，并處于同一平面。
權(quán)利要求
1.一種具有交錯梳齒的靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟: 步驟10 )選取硅片:選取(100 )晶向高摻雜襯底(I)和硅膜(3 )的SOI硅片作為起始硅片；S0I硅片從下向上依次為襯底(I)、絕緣層(2)和硅膜(3)； 步驟20)采用熱氧化方法在SOI硅片頂面生長一層氧化絕緣層(7)，然后采用旋涂工藝，在氧化絕緣層(7 )頂面覆蓋一層光刻膠層(6 )，接著采用光刻工藝，在光刻膠層(6 )上刻蝕孔，當刻蝕到氧化絕緣層(7)頂面時，用氫氟酸溶液腐蝕掉氧化絕緣層(7)，在硅膜(3)上繼續(xù)刻蝕孔，當刻蝕到絕緣層(2)頂面時，用氫氟酸溶液腐蝕掉絕緣層(2)，從而形成第一孔(8)，該第一孔(8)貫穿光刻膠層(6)、氧化絕緣層(7)、硅膜(3)和絕緣層(2);隨后采用八氟化四碳氣體干法刻蝕工藝，在第一孔(8)的側(cè)壁和底面上淀積保護層(10)，并用離子轟擊去掉位于第一孔(8)底面上的保護層(10)； 步驟30)采用干法感應(yīng)耦合等離子體工藝，沿著第一孔(8)繼續(xù)向下刻蝕孔，在襯底(I)中形成第二孔(9); 步驟40)采用各向同性等離子干法刻蝕工藝，刻蝕位于第一孔(8)下方的襯底(I )，使第二孔(9)的孔徑大于第一孔(8)的孔徑； 步驟50)采用氫氟酸溶液，腐蝕掉位于硅膜(3)上方的氧化絕緣層(7)和位于第一孔(8)側(cè)壁的保護層(10)，然后采用外延工藝，對整個表面進行硅外延生長，填充第一孔(8)，使第二孔(9)封閉； 步驟60)采用感應(yīng)耦合等離子體工藝，利用光刻板，對硅膜(3)進行梳齒光刻，一直刻到襯底(I)的空腔的底部，形成活動梳齒(4)、固定梳齒(5)、活動電極區(qū)(11)、支桿和扭轉(zhuǎn)桿，支桿通過扭轉(zhuǎn)桿與活動電極區(qū)(11)固定連接，活動梳齒(4)固定連接在支桿的側(cè)面，活動梳齒(4 )與固定梳齒(5 )交錯布置。
2.按照權(quán)利要求1所述的具有交錯梳齒的靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述的步驟30)中，第二孔的深度為2 —10微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有交錯梳齒的靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟步驟10)選取SOI硅片作為起始硅片；步驟20)在SOI硅片頂面生長氧化絕緣層，然后在氧化絕緣層頂面覆蓋光刻膠層，接著在光刻膠層上刻蝕孔，形成第一孔；隨后在第一孔上淀積保護層，并去掉位于第一孔底面上的保護層；步驟30)沿著第一孔繼續(xù)向下刻蝕孔，在襯底中形成第二孔；步驟40)刻蝕位于第一孔下方的襯底，使第二孔的孔徑大于第一孔的孔徑；步驟50)腐蝕掉氧化絕緣層和第一孔側(cè)壁的保護層，然后對整個表面進行硅外延生長，使第二孔封閉；步驟60)利用光刻板，對硅膜進行梳齒光刻，制成靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)。該制備方法簡單，可靠性高，且加工精度高。
文檔編號B81C1/00GK103145091SQ201310048869
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者秦明 申請人:東南大學(xué)