专利名称：基于硅衬底氮化物的光学微机电器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种基于娃衬底氮化物的光学微机电器件及其制备方法，属于信息材料与器件领域。
背景技术：
从材料角度来讲，宽带隙氮化物材料特别是氮化镓具备极其优异的机械、化学和光学性能，可以实现薄膜LED光源和微机电技术的良好兼容,为制作新颖的微机电光学器件奠定了基础。随着氮化物材料加工技术的不断突破，硅衬底氮化物材料可以和成熟的硅加工技术结合起来，实现悬空氮化物微镜、光栅以及驱动器等器件结构。这些器件结构具备了空间上的自由度，可以制备微机电驱动氮化物光学器件。从加工技术上看，利用背后对准技术，采用双面制备工艺，可以有效减低由于残余应力造成的氮化物微纳米器件结构的损伤问题，实现小型化、高密度的氮化物微机电光学器件，氮化物器件的快速发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种小型化、高密度的基于硅衬底氮化物微机电光学器件与能够有效减低由于残余应力造成的氮化物微纳米器件结构的损伤问题的制备方法。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案本发明设计了一种基于硅衬底氮化物的光学微机电器件，实现载体为硅衬底III族氮化物晶片，包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，其中
所述娃衬底层具有娃结构；
所述顶层氮化物器件层位于硅结构正上方的部分具有微纳米器件结构。作为本发明的一种优化结构，所述微纳米器件结构为纳米光学器件结构以及微机电驱动器结构。本发明还公开了一种基于娃衬底氮化物的光学微机电器件的制备方法，选择娃衬底III族氮化物晶片为实现载体，包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，包括如下步骤
步骤(I):利用电子束蒸发技术在所述硅衬底III族氮化物晶片的顶层氮化物器件层上表面沉淀一层刻蚀掩模层；
步骤(2):在所述刻蚀掩模层的上表面以及硅衬底层的下表面各旋涂一层光刻胶层； 步骤(3):利用曝光技术在所述硅衬底层下表面的电子束光刻胶层上定义硅结构；
步骤(4):通过背后对准技术、双面加工工艺和深硅刻蚀技术按照步骤(3)中定义的硅结构剥离硅衬底层，形成多个贯穿至所述顶层氮化物器件层下表面的空腔；
步骤(5):利用曝光技术，在所述顶层氮化物器件层上表面的光刻胶层上定义微纳米器件结构；
步骤(6):利用离子束轰击技术，将步骤(5)中定义的微纳米器件结构传递至所述刻蚀
3掩模层；
步骤(7):利用氮化物刻蚀技术，将顶层氮化物器件层按照步骤(5)中所述的微纳米器件结构刻蚀穿透。作为本发明的一种优化方法，还包括如下操作
步骤(8):利用氧气等离子体灰化工艺去除残余的光刻胶；
步骤(9):利用BHF或Vapor HF工艺去除残余的刻蚀掩模层。作为本发明的一种优化方法所述微纳米器件结构为纳米光学器件结构以及微机电驱动器结构。作为本发明的一种优化方法所述刻蚀掩模层为氧化铪薄膜层或二氧化硅薄膜层。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果
I.本发明通过引入背后对准以及双面加工技术，有效地降低了残余应力对于氮化物微结构的损伤，可以获得大面积的氮化物薄膜光学器件。2.引入氧化铪或二化硅作为刻蚀掩模层，可以进一步补偿残余应力和优化氮化物的刻蚀工艺。3.本发明利用高阻硅衬底，在不引入额外绝缘层的情况下，可以实现氮化物静电微机械驱动器。4.本发明通过微驱动器改变器件的结构参数，实现对氮化物光学器件的性能调控，获得了新颖的氮化物光学微机电器件。5.同时，进一步的利用宽带隙氮化物半导体的特性，实现微机电可控的LED光源或其他氮化物有源器件。
图I是本发明所设计的基于硅衬底氮化物的光学微机电器件的结构简图。图2是基于硅衬底氮化物的光学微机电器件的制备流程图。图3是在顶层氮化物器件层上定义的微机电可调光栅结构。图4是在顶层氮化物器件层上定义的微机电可调微镜结构。图5是顶层氮化物器件层上定义的硅衬底氮化物微机电可调微镜。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明
如图I所示，本发明设计了一种基于硅衬底氮化物的光学微机电器件，实现载体为硅衬底III族氮化物晶片，包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，其中
所述娃衬底层具有娃结构；
所述顶层氮化物器件层位于硅结构正上方的部分具有微纳米器件结构。作为本发明的一种优化结构，所述微纳米器件结构为纳米光学器件结构以及微机电驱动器结构。如图(2)所示，本发明还公开了一种基于硅衬底氮化物的光学微机电器件的制备方法，选择硅衬底III族氮化物晶片为实现载体，包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，包括如下步骤
步骤(I):利用电子束蒸发技术在所述硅衬底III族氮化物晶片的顶层氮化物器件层上表面沉淀一层刻蚀掩模层；
步骤(2):在所述刻蚀掩模层的上表面以及硅衬底层的下表面各旋涂一层光刻胶层； 步骤(3):利用曝光技术在所述硅衬底层下表面的光刻胶层上定义硅结构；
步骤(4):通过背后对准技术、双面加工工艺和深硅刻蚀技术按照步骤(3)中定义的硅结构剥离硅衬底层，形成多个贯穿至所述顶层氮化物器件层下表面的空腔；
步骤(5):利用曝光技术，在所述顶层氮化物器件层上表面的光刻胶层上定义微纳米器件结构；
步骤(6):利用离子束轰击技术，将步骤(5)中定义的微纳米器件结构传递至所述刻蚀掩模层；
步骤(7):利用氮化物刻蚀技术，将顶层氮化物器件层按照步骤(5)中所述的微纳米器件结构刻蚀穿透。作为本发明的一种优化方法，还包括如下操作
步骤(8):利用氧气等离子体灰化工艺去除残余的光刻胶层。步骤(9):利用BHF或Vapor HF工艺去除残余的刻蚀掩模层，刻蚀掩模层也可以根据器件需求选择是否保留。作为本发明的一种优化方法所述微纳米器件结构为纳米光学器件结构以及微机电驱动器结构，纳米光学器件结构以及微机电驱动器结构可以同时定义在顶层氮化物器件层。本发明利用高阻硅衬底，在不引入额外绝缘层的情况下，可以实现氮化物静电微机械驱动器。本发明通过微机电驱动器改变器件的结构参数，实现对氮化物光学器件的性能调控，获得了新颖的氮化物光学微机电器件。同时，进一步的利用宽带隙氮化物半导体的特性，实现微机电可控的LED光源或其他氮化物有源器件。图3所示的为在顶层氮化物器件层上定义的微机电可调光栅结构。图4所示的为在顶层氮化物器件层上定义的微机电可调微镜结构。图5所示的为顶层氮化物器件层上定义的硅衬底氮化物微机电可调微镜。作为本发明的一种优化方法所述刻蚀掩模层为氧化铪薄膜层或二氧化硅薄膜层，引入氧化铪或二氧化硅作为刻蚀掩模层，可以进一步补偿残余应力和优化氮化物的刻蚀工艺。
权利要求
1.一种基于娃衬底氮化物的光学微机电器件，实现载体为娃衬底III族氮化物晶片, 包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，其特征在于所述娃衬底层具有娃结构；所述顶层氮化物器件层位于硅结构正上方的部分具有微纳米器件结构。
2.根据权利要求I所述的基于娃衬底氮化物的光学微机电器件，其特征在于所述微纳米器件结构为纳米光学器件结构以及微机电驱动器结构。
3.一种基于娃衬底氮化物的光学微机电器件的制备方法，选择娃衬底III族氮化物晶片为实现载体，包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，其特征在于包括如下步骤步骤(I):采用电子束蒸发技术在所述硅衬底III族氮化物晶片的顶层氮化物器件层上表面沉淀一层刻蚀掩模层；步骤(2):在所述刻蚀掩模层的上表面以及硅衬底层的下表面各旋涂一层光刻胶层；步骤(3):采用曝光技术在所述硅衬底层下表面的光刻胶层上定义硅结构；步骤(4):通过背后对准技术、双面加工工艺和深硅刻蚀技术按照步骤(3)中定义的硅结构剥离硅衬底层，形成多个贯穿至所述顶层氮化物器件层下表面的空腔；步骤(5):采用曝光技术，在所述顶层氮化物器件层上表面的光刻胶层上定义微纳米器件结构；步骤(6):采用离子束轰击技术，将步骤(5)中定义的微纳米器件结构传递至所述刻蚀掩模层；步骤(7):采用氮化物刻蚀技术，将顶层氮化物器件层按照步骤(5)中所述的微纳米器件结构刻蚀穿透。
4.根据权利要求3所述的基于娃衬底氮化物的光学微机电器件的制备方法,其特征在于还包括如下操作步骤(8):采用氧气等离子体灰化工艺去除残余的光刻胶层；步骤(9):采用BHF或Vapor HF工艺去除残余的刻蚀掩模层。
5.根据权利要求3所述的基于娃衬底氮化物的光学微机电器件的制备方法,其特征在于所述微纳米器件结构为纳米光学器件结构以及微机电驱动器结构。
6.根据权利要求3所述的基于娃衬底氮化物的光学微机电器件的制备方法,其特征在于所述刻蚀掩模层为氧化铪薄膜层或二氧化硅薄膜层。
全文摘要
本发明公开了一种基于硅衬底氮化物的光学微机电器件及其制备方法，实现载体为硅衬底III族氮化物晶片，包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，硅衬底层具有硅结构；顶层悬空氮化物层具有光学器件结构以及微机电驱动器结构；本发明还公开了一种基于硅衬底氮化物的光学微机电器件的制备方法。本发明所设计的一种基于硅衬底氮化物的光学微机电器件提供了一种小型化、高密度的微机电光学器件，本发明所设计的制备方法能够有效减低由于残余应力造成的氮化物微纳米器件结构实现载体损伤问题。
文档编号B81C1/00GK102602878SQ20111044161
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者朱洪波, 王永进 申请人:南京邮电大学