一種控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，按如下步驟進(jìn)行：(1)進(jìn)行溫?zé)崽幚砉杌⒔Y(jié)構(gòu)成形研究的材料在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間，使其變軟；(2)利用離子刻蝕機(jī)制造出U型圓柱孔狀的樣本；(3)將上述過程得到的U型圓柱孔在一定溫度下環(huán)境中進(jìn)行熱處理一段時(shí)間，得到硅基微結(jié)構(gòu)空腔位置。本發(fā)明溫?zé)崽幚硐鹿杌⒔Y(jié)構(gòu)空腔位置變化規(guī)律研究方法，主要操作：在一定的溫度環(huán)境下，對(duì)不同初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的硅材料進(jìn)行熱處理15min，探究硅基微結(jié)構(gòu)空腔位置變化規(guī)律，從而達(dá)到控制硅基微結(jié)構(gòu)空腔位置。
【專利說明】
一種控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微納米制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種控制娃基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System,簡稱MEMS)是近年來伴隨著微機(jī)械結(jié)構(gòu)加工技術(shù)發(fā)展而誕生的前沿性技術(shù)領(lǐng)域。MEMS技術(shù)的發(fā)展直接孕育了各種微傳感器儀表的誕生，而且使得微機(jī)器人、微醫(yī)療器械、微飛行器等以往人類難以想象的高級(jí)微系統(tǒng)成為可能。它在軍事和民用兩大領(lǐng)域的重要應(yīng)用價(jià)值和廣闊市場前景已獲得世界許多國家的廣泛共識(shí)。
[0003]硅材料是MEMS制造的主要材料之一，在硅片上制作出尺寸在微米級(jí)的三維結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界信息的感知和控制，可構(gòu)成一個(gè)多功能的微型系統(tǒng)。近年來，各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域堅(jiān)持不懈的嘗試著各種新的科學(xué)技術(shù)，嘗試用各種方法來設(shè)計(jì)制造硅基微結(jié)構(gòu)Silicon onnothing(SON)應(yīng)用于各種機(jī)械裝置中，例如:傳感器，半導(dǎo)體晶體管。SON結(jié)構(gòu)很早以前就應(yīng)用在小型半導(dǎo)體中用來提高器件的絕緣性能，并且較多應(yīng)用在微機(jī)電械系統(tǒng)(MEMS)例如壓力傳感器，以及醫(yī)用微創(chuàng)手術(shù)鉗夾。至今為止，如何控制SON結(jié)構(gòu)的制備，使其應(yīng)用在不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求諧振器上的研究仍然是一片空白。在其他學(xué)者的研究過程當(dāng)中，他們傾向于利用具有固定表面結(jié)構(gòu)的硅材料來制造特定結(jié)構(gòu)的硅基微結(jié)構(gòu)SON。這些成果依然無法揭示加工形態(tài)變化的規(guī)律，因而對(duì)加工過程優(yōu)化沒有任何指導(dǎo)意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]基于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法。
[0005]本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:一種控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，按如下步驟進(jìn)行:
[0006](I)進(jìn)行溫?zé)崽幚砉杌⒔Y(jié)構(gòu)成形研究的材料在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間，使其變軟；
[0007](2)利用離子刻蝕機(jī)制造出U型圓柱孔狀的樣本；
[0008](3)將上述過程得到的U型圓柱孔在一定溫度下環(huán)境中進(jìn)行熱處理一段時(shí)間，得到硅基微結(jié)構(gòu)空腔位置。
[0009]利用硅基微結(jié)構(gòu)樣本初始結(jié)構(gòu)與形成位置的關(guān)系式分別控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置，位置分別是:I)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于中間位置處;2)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于1/3位置處;3)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于2/3位置處。
[0010]所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，利用硅基微結(jié)構(gòu)樣本初始結(jié)構(gòu)與形成位置的關(guān)系式
[0011]4/3(t1-bo ttom _tF-bottom)〈 tTop〈2 ( ??-bo ttom —tF-bottom) (I)。
[0012]所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，I)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于中間位置處:
[0013]硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于中間，tF—bottc^ztTop，利用此關(guān)系式，將關(guān)系式
(I)推導(dǎo)為
[0014]l/4tTop<tl-bottom<l/2tTop (2)
[0015]通過滿足關(guān)系式(2)來改變硅基微結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)，在相同的熱處理溫度和時(shí)間處理下，控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔位置。
[0016]所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，2)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于1/3位置處:
[0017]硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于1/3位置，tF—be—=2tToP，利用此關(guān)系式，將關(guān)系式(I)推導(dǎo)為
[0018]5/4tTop<t1-bottom<3/2tTop (3)
[0019]通過滿足關(guān)系式(3)來改變硅基微結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)，在相同的熱處理溫度和時(shí)間處理下，控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔位置。
[0020]所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，3)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于2/3位置處:
[0021 ]硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于2/3位置，2tF—bcitt? = tTcip，利用此關(guān)系式，將關(guān)系式(I)推導(dǎo)為
[0022]tTop<tl-bottom<5/4tTop (4)
[0023]通過滿足關(guān)系式(4)來改變硅基微結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)，在相同的熱處理溫度和時(shí)間處理下，控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔位置。
[0024]利用硅基微結(jié)構(gòu)樣本初始結(jié)構(gòu)與形成位置的關(guān)系式來分別控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置，通過(I)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于中間位置處；(2)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于1/3位置處；(3)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于2/3位置處三種特殊位置來說明本發(fā)明。
[0025]優(yōu)選的，步驟(1)，進(jìn)行溫?zé)崽幚砉杌⒔Y(jié)構(gòu)成形研究的材料為拋光6_in(100)n型娃晶片。
[0026]優(yōu)選的，步驟(1)，將拋光6_in(100)n型硅晶片采用離子刻蝕機(jī)制造出不同初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的樣本。
[0027]優(yōu)選的，步驟(2)，所述的溫度是1150°C。
[0028]優(yōu)選的，步驟(2)，所述的時(shí)間為15min。
[0029]本發(fā)明一種控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，主要操作:在一定的溫度環(huán)境下，根據(jù)硅基微結(jié)構(gòu)初始參數(shù)以及形成位置的關(guān)系式來對(duì)不同初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的硅材料進(jìn)行熱處理15min，控制形成不同內(nèi)部空腔位置的娃基微結(jié)構(gòu)。
[0030]本發(fā)明揭示了一種控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的方法，因而對(duì)加工過程優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。
【附圖說明】
[0031]圖1是硅基微結(jié)構(gòu)材料熱處理前內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意(正視)圖。
[0032]圖2是對(duì)硅基微結(jié)構(gòu)材料熱處理15min后的內(nèi)部空腔位置示意(正視)圖。
[0033]圖3是利用尚子刻蝕機(jī)制造出的U型圓柱孔不意圖。
[0034]圖4是在1150°C環(huán)境中對(duì)圖1的樣本熱處理后得到的硅基微結(jié)構(gòu)成形變化示意圖。
[0035]圖5是U型圓柱孔的微結(jié)構(gòu)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。
[0036]圖6是U型圓柱孔熱處理后形成不同位置的SON空腔示意(正視)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0038]利用硅基微結(jié)構(gòu)樣本初始結(jié)構(gòu)與形成位置的關(guān)系式
[0039]4/3(t1-bo ttom _tF-bottom)〈tTop〈2 ( ??-bo ttom —tF-bottom) (I)
[0040]來控制形成不同位置的硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔。式中，tl-bottcm表示的硅基微結(jié)構(gòu)熱處理前內(nèi)部空腔距離基底的位置，如圖1所示；tF-bcitt?表示的是硅基微結(jié)構(gòu)熱處理15min后內(nèi)部空腔距離基底的位置，ttcip表示的是硅基微結(jié)構(gòu)熱處理15min后內(nèi)部空腔距離基頂?shù)奈恢?，如圖2所示。
[0041]本實(shí)施例進(jìn)行溫?zé)崽幚砉杌⒔Y(jié)構(gòu)成形研究的材料為拋光6-1n(100)n型硅晶片；在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間使其變軟;利用離子刻蝕機(jī)制造出如圖3所示的U型圓柱孔(樣本)。
[0042]將上述過程得到的U型圓柱孔在1150 °C環(huán)境中進(jìn)行熱處理，得到如圖4所示的硅基微結(jié)構(gòu)形態(tài)變化示意圖。
[0043](I)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于中間位置處:
[0044]硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于中間，tF-bcitt?=tTcip，利用此關(guān)系式，(I)推導(dǎo)為
[0045]l/4tTop<t1-bottom<l/2tTop (2)
[0046]實(shí)施例通過滿足關(guān)系式(2)來改變硅基微結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)，在相同的熱處理溫度和時(shí)間處理下，控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔位置，如圖5所示，令圓柱孔的深度H，圓柱孔底部離基底距離為1:1—1)。1;1;。111，圓柱孔的直徑0，孔徑間的距離08，定義七3119=(0+03)/!1，€[=03/0。
[0047]實(shí)施例一:將拋光6_in (100 )n型娃晶片放在在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間使其變軟;利用離子刻蝕機(jī)制造出初始結(jié)構(gòu)參數(shù)a = DS/D為1.0，tan9= (D+Ds)/H為0.25的樣本；將上述過程得到的樣本放在1150°C的環(huán)境中進(jìn)行熱處理15min，得到的硅基微結(jié)構(gòu)空腔位
W tF-hnt,t,nm — 2.3?5]4Π1ο
[0048]實(shí)施例二:將拋光6_in(100)n型硅晶片放在在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間使其變軟;利用離子刻蝕機(jī)制造出初始結(jié)構(gòu)參數(shù)a = DS/D為1.0，tan0 = (D+Ds)/H為0.30的樣本；將上述過程得到的樣本放在1150°C的環(huán)境中進(jìn)行熱處理15min，得到的硅基微結(jié)構(gòu)空腔位W tF-hnt,t,nm — 2.0]4Π1ο
[0049]實(shí)施例三:將拋光6_in(100)n型硅晶片放在在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間使其變軟;利用離子刻蝕機(jī)制造出初始結(jié)構(gòu)參數(shù)a = Ds/D為0.62，tan9 = (D+Ds)/H為0.33的樣本；將上述過程得到的樣本放在1150°C的環(huán)境中進(jìn)行熱處理15min，得到的硅基微結(jié)構(gòu)空腔位
W tF-hnt,t,nm — 2.50]4Π1ο
[0050]實(shí)施例四:將拋光6-1n(100)n型硅晶片放在在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間使其變軟;利用離子刻蝕機(jī)制造出初始結(jié)構(gòu)參數(shù)a = Ds/D為0.60，tan9 = (D+Ds)/H為0.36的樣本；將上述過程得到的樣本放在1150°C的環(huán)境中進(jìn)行熱處理15min，得到的硅基微結(jié)構(gòu)空腔位
W tF-hnt,t,nm — 2.10]4Π1ο
[0051 ] 實(shí)施例五:將拋光6-1n(100)n型硅晶片放在在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間使其變軟;利用離子刻蝕機(jī)制造出初始結(jié)構(gòu)參數(shù)a = Ds/D為0.63，tan9 = (D+Ds)/H為0.37的樣本；將上述過程得到的樣本放在1150°C的環(huán)境中進(jìn)行熱處理15min，得到的硅基微結(jié)構(gòu)空腔位W tF-hnt,t,nm — 2.0]4Π1ο
[0052](2)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于1/3位置處:
[0053]硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于1/3位置，tF—bcitt?=2tTcip，利用此關(guān)系式，⑴推導(dǎo)為
[0054]5/4tToP<t1-bottom<3/2tToP (3)
[0055]本實(shí)施例進(jìn)行溫?zé)崽幚砉杌⒔Y(jié)構(gòu)成形研究的材料為拋光6_in(100)n型硅晶片；在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間使其變軟;利用離子刻蝕機(jī)制造出如圖3所示的U型圓柱孔(樣本)。
[0056]將上述過程得到的U型圓柱孔在1150 °C環(huán)境中進(jìn)行熱處理，得到如圖4所示的硅基微結(jié)構(gòu)形態(tài)變化示意圖。
[0057]實(shí)施例通過滿足關(guān)系式(3)來改變硅基微結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)，在相同的熱處理溫度和時(shí)間處理下，控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔位置。具體操作同實(shí)施例一。
[0058](3)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于2/3位置處:
[0059]硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于2/3位置，2tF-bcitt?=ttcip，利用此關(guān)系式，(I)推導(dǎo)為
[0060]ttop<tl-bottom<5/4ttop (4)
[0061 ]本實(shí)施例進(jìn)行溫?zé)崽幚砉杌⒔Y(jié)構(gòu)成形研究的材料為拋光6-1n(100)n型硅晶片；在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間使其變軟;利用離子刻蝕機(jī)制造出如圖3所示的U型圓柱孔(樣本)。
[0062]將上述過程得到的U型圓柱孔在1150 °C環(huán)境中進(jìn)行熱處理，得到如圖4所示的硅基微結(jié)構(gòu)形態(tài)變化示意圖。
[0063]實(shí)施例通過滿足關(guān)系式(4)來改變硅基微結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)，在相同的熱處理溫度和時(shí)間處理下，控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔位置，具體操作同實(shí)施例一。
[0064]離子刻蝕機(jī)屬于現(xiàn)有技術(shù)，本文不予詳述。
[0065]以上列舉僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明并不限于以上實(shí)施例，從本發(fā)明公開內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想變形所得的制備方法，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行: (1)進(jìn)行溫?zé)崽幚砉杌⒔Y(jié)構(gòu)成形研究的材料在一定溫度環(huán)境中處理一段時(shí)間，使其變軟； (2)利用離子刻蝕機(jī)制造出U型圓柱孔狀的樣本； (3)將上述過程得到的U型圓柱孔在一定溫度下環(huán)境中進(jìn)行熱處理一段時(shí)間，得到硅基微結(jié)構(gòu)空腔位置。2.如權(quán)利要求1所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是:利用硅基微結(jié)構(gòu)樣本初始結(jié)構(gòu)與形成位置的關(guān)系式分別控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置，位置分別是:I)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于中間位置處;2)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于1/3位置處;3)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于2/3位置處。3.如權(quán)利要求2所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是:利用硅基微結(jié)構(gòu)樣本初始結(jié)構(gòu)與形成位置的關(guān)系式 4/3(ti—b ottom _tF-bottom)〈tTop〈2 ( ??-bo ttom —tF-bottom) ( I ) ο4.如權(quán)利要求3所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是:I)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于中間位置處: 硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于中間，tF-bcitt?=tTcip，利用此關(guān)系式，將關(guān)系式⑴推導(dǎo)為l/4tTop〈tl-bottom〈l/2tTop (2) 通過滿足關(guān)系式(2)來改變硅基微結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)，在相同的熱處理溫度和時(shí)間處理下，控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔位置。5.如權(quán)利要求3所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是:2)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于1/3位置處: 硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于1/3位置，tF-bcitt? = 2tTcip，利用此關(guān)系式，將關(guān)系式(I)推導(dǎo)為5/4tTop〈tl-bottom〈3/2tTop (3) 通過滿足關(guān)系式(3)來改變硅基微結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)，在相同的熱處理溫度和時(shí)間處理下，控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔位置。6.如權(quán)利要求3所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是:3)控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于2/3位置處: 硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置居于2/3位置，2tF-bottom = tToP，利用此關(guān)系式，將關(guān)系式(I)推導(dǎo)為tTop〈tl-bottom〈5/4tTop ( 4 ) 通過滿足關(guān)系式(4)來改變硅基微結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)，在相同的熱處理溫度和時(shí)間處理下，控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔位置。7.如權(quán)利要求1所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是:步驟(1)，進(jìn)行溫?zé)崽幚砉杌⒔Y(jié)構(gòu)成形研究的材料為拋光6-1n(100)n型硅晶片。8.如權(quán)利要求7所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是:步驟(1)，將拋光6-1n(100)n型硅晶片采用離子刻蝕機(jī)制造出不同初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的樣本。9.如權(quán)利要求1或7所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是:步驟(2)，所述的溫度是1150 °C。10.如權(quán)利要求1或7所述控制硅基微結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔形成位置的研究方法，其特征是:步驟(2)，所述的時(shí)間為15min。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK106006542SQ201610390923
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】張俐楠, 鄭偉, 陳超, 吳立群, 王洪成
【申請(qǐng)人】杭州電子科技大學(xué)