专利名称：一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种静电驱动结构的制备方法，具体来说，涉及一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法。
背景技术：
可调光衰减器(VOA)是光网络中的一种重要的光纤无源器件，是组成光放大器的关键部件，在光纤通信系统中起到功率平衡的关键作用。MEMS可调光衰减器性能可靠，结构紧凑，造价低廉，易于批量生产，具有广泛的发展前景。目前的MEMS光衰减器主要有微镜结构，通过静电驱动实现微镜的上下偏转。驱动结构有平板型和梳齿型，平板型难以实现线性控制，梳齿则需要上下交叠，因此加工通常采用硅片正反面加工实现，工艺复杂。
发明内容
技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法，该制备方法仅在硅片正面加工，且固定梳齿和活动梳齿一次光刻刻蚀成型，工艺简单易操作，可靠性高，且加工精度高。技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤:步骤10)选取硅片:选取(100)晶向高掺杂衬底和硅膜的SOI硅片作为起始硅片；SOI硅片从下向上依次为衬底、绝缘层和硅膜；步骤20)采用热氧化方法在SOI硅片顶面生长一层氧化绝缘层，然后采用旋涂工艺，在氧化绝缘层顶面覆盖一层光刻胶层，接着采用光刻工艺，在光刻胶层上刻蚀孔，当刻蚀到氧化绝缘层顶面时，用氢氟酸溶液腐蚀掉氧化绝缘层，在硅膜上继续刻蚀孔，当刻蚀到绝缘层顶面时，用氢氟酸溶液腐蚀掉绝缘层，从而形成第一孔，该第一孔贯穿光刻胶层、氧化绝缘层、硅膜和绝缘层；随后采用八氟化四碳气体干法刻蚀工艺，在第一孔的侧壁和底面上淀积保护层，并用离子轰击去掉位于第一孔底面上的保护层；步骤30)采用干法感应耦合等离子体工艺，沿着第一孔继续向下刻蚀孔，在衬底中形成第二孔；步骤40)采用各向同性等离子干法刻蚀工艺，刻蚀位于第一孔下方的衬底，使第二孔的孔径大于第一孔的孔径；步骤50)采用氢氟酸溶液，腐蚀掉位于硅膜上方的氧化绝缘层和位于第一孔侧壁的保护层，然后采用外延工艺，对整个表面进行硅外延生长，填充第一孔，使第二孔封闭；步骤60)采用感应耦合等离子体工艺，利用光刻板，对硅膜进行梳齿光刻，一直刻到衬底的空腔的底部，形成活动梳齿、固定梳齿、活动电极区、支杆和扭转杆，支杆通过扭转杆与活动电极区固定连接，活动梳齿固定连接在支杆的侧面，活动梳齿与固定梳齿交错布置。
有益效果:与现有技术相比，本发明的制备方法简单易操作，可靠性高，且加工精度高。本发明的制备方法采用半导体工艺，结合深硅刻蚀加工实现，工艺可靠性高。该制备方法采用SOI晶圆单面加工实现，不需要通过背面加工和硅硅键合，可有效保证加工成品率，适合批量化产品的推广应用。该制备方法仅在硅片上表面加工，且固定梳齿和活动梳齿不需要套刻对准，结构稳定性好。整个工艺简单，可靠性高。
图1是本发明制备方法中步骤20)完成后的结构示意图。图2是本发明制备方法中步骤30)完成后的结构示意图。图3是本发明制备方法中步骤40)完成后的结构示意图。图4是本发明制备方法中步骤50)完成后的结构示意图。图5是本发明制备方法中步骤60)完成后的结构示意图。图中有:衬底1、绝缘层2、硅膜3、活动梳齿4、固定梳齿5、光刻胶层6、氧化绝缘层
7、第一孔8、第二孔9、保护层10、活动电极区11。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明。如图1至图5所示，本发明具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法，包括以下步骤:步骤10)选取硅片:选取(100)晶向高掺杂衬底I和硅膜3的SOI硅片作为起始硅片。SOI硅片从下向上依次为衬底1、绝缘层2和硅膜3。步骤20)如图1所示，采用热氧化方法在SOI硅片顶面生长一层氧化绝缘层7，然后采用旋涂工艺，在氧化绝缘层7顶面覆盖一层光刻胶层6，接着采用光刻工艺，在光刻胶层6上刻蚀孔，当刻蚀到氧化绝缘层7顶面时，用氢氟酸溶液腐蚀掉氧化绝缘层7，在硅膜3上继续刻蚀孔，当刻蚀到绝缘层2顶面时，用氢氟酸溶液腐蚀掉绝缘层2，从而形成第一孔8，该第一孔8贯穿光刻胶层6、氧化绝缘层7、硅膜3和绝缘层2 ;随后采用八氟化四碳气体干法刻蚀工艺，在第一孔8的侧壁和底面上淀积保护层10，并用离子轰击去掉位于第一孔8底面上的保护层10。步骤30)如图2所示，采用干法感应耦合等离子体工艺，沿着第一孔8继续向下刻蚀孔，在衬底I中形成第二孔9。第二孔9的深度优选为2 —10微米。第二孔9和第一孔8相通。步骤40)如图3所示，采用各向同性等离子干法刻蚀工艺，刻蚀位于第一孔8下方的衬底1，使第二孔9的孔径大于第一孔8的孔径。步骤50)如图4所示，采用氢氟酸溶液，腐蚀掉位于硅膜3上方的氧化绝缘层7和位于第一孔8侧壁的保护层10，然后采用外延工艺，对整个表面进行硅外延生长，填充第一孔8，使第二孔9封闭。步骤60)如图5所示，采用感应耦合等离子体工艺，利用光刻板，对硅膜3进行梳齿光刻，一直刻到衬底I的空腔的底部，形成活动梳齿4、固定梳齿5、活动电极区11、支杆和扭转杆，支杆通过扭转杆与活动电极区11固定连接，活动梳齿4固定连接在支杆的侧面，活动梳齿4与固定梳齿5交错布置。在步骤60)中，活动梳齿4和固定梳齿5 —次刻蚀完成，无需对准。活动电极区11、支杆和扭转杆也一次刻蚀完成。由于刻蚀过程一次完成，中间不需要增加光刻工艺，因此活动梳齿4和固定梳齿5自动对准并完成。上述制备方法以绝缘体上的硅(文中简称SOI)结合深硅深刻蚀加工技术实现。该制备方法首先选取SOI圆片，SOI圆片的衬底层就是可变光衰减器的衬底1，SOI圆片中间的氧化层就是绝缘层2，SOI圆片上面的硅膜3用于制造活动梳齿单元4、活动电极区11、支杆和扭转杆。首先在SOI圆片上的硅膜3开小孔(即第一孔8)阵列，分别露出绝缘层2和氧化绝缘层7，通过腐蚀去掉小孔中的绝缘层2和氧化绝缘层7后，再进行各向同性衬底I腐蚀，形成空腔，然后生长硅膜3填充小孔(即第一孔8)，最后进行上下梳齿的加工。活动梳齿4和固定梳齿5采用一次光刻和刻蚀完成。该制备方法只是在硅片正面进行加工，因此加工工艺相对简单，且保证了加工精度。采用SOI硅片进行加工，保证了圆片的加工的厚度均匀性，器件的加工成品率好。活动梳齿4可以支杆为对称轴，均匀分布在支杆两侧，从而保证了结构的平衡性，有利于提高器件的工作稳定性和可靠性。如图5所示，本发明方法制备的静电驱动结构，具有交错布置的梳齿。固定梳齿5位于下方，活动梳齿4位于固定梳齿5的上方。固定梳齿5和与该固定梳齿5对应的活动梳齿4之间有微小的间隔，且电隔离。固定梳齿5和活动梳齿4不是上下一一对应，而是交错布置，固定梳齿5位于相邻的两个活动梳齿4之间的下方。同时，固定梳齿5和活动梳齿4在纵向没有重叠部位。活动梳齿4和衬底I电绝缘。当在衬底I和活动电极区11之间施加静电，静电力会驱使活动梳齿4向下运动，产生位移。整个静电驱动结构结构包括衬底
1、绝缘层2、活动电极区11、活动梳齿4和固定梳齿5组成。其中，固定梳齿5嵌入在衬底I的上表面内，绝缘层2位于衬底I上,活动电极区11连接在绝缘层2上。活动电极区11和活动梳齿4都是在硅膜3上制备。两者为同一种材料制成，并处于同一平面。
权利要求
1.一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤: 步骤10 )选取硅片:选取(100 )晶向高掺杂衬底(I)和硅膜(3 )的SOI硅片作为起始硅片；S0I硅片从下向上依次为衬底(I)、绝缘层(2)和硅膜(3)； 步骤20)采用热氧化方法在SOI硅片顶面生长一层氧化绝缘层(7)，然后采用旋涂工艺，在氧化绝缘层(7 )顶面覆盖一层光刻胶层(6 )，接着采用光刻工艺，在光刻胶层(6 )上刻蚀孔，当刻蚀到氧化绝缘层(7)顶面时，用氢氟酸溶液腐蚀掉氧化绝缘层(7)，在硅膜(3)上继续刻蚀孔，当刻蚀到绝缘层(2)顶面时，用氢氟酸溶液腐蚀掉绝缘层(2)，从而形成第一孔(8)，该第一孔(8)贯穿光刻胶层(6)、氧化绝缘层(7)、硅膜(3)和绝缘层(2);随后采用八氟化四碳气体干法刻蚀工艺，在第一孔(8)的侧壁和底面上淀积保护层(10)，并用离子轰击去掉位于第一孔(8)底面上的保护层(10)； 步骤30)采用干法感应耦合等离子体工艺，沿着第一孔(8)继续向下刻蚀孔，在衬底(I)中形成第二孔(9); 步骤40)采用各向同性等离子干法刻蚀工艺，刻蚀位于第一孔(8)下方的衬底(I )，使第二孔(9)的孔径大于第一孔(8)的孔径； 步骤50)采用氢氟酸溶液，腐蚀掉位于硅膜(3)上方的氧化绝缘层(7)和位于第一孔(8)侧壁的保护层(10)，然后采用外延工艺，对整个表面进行硅外延生长，填充第一孔(8)，使第二孔(9)封闭； 步骤60)采用感应耦合等离子体工艺，利用光刻板，对硅膜(3)进行梳齿光刻，一直刻到衬底(I)的空腔的底部，形成活动梳齿(4)、固定梳齿(5)、活动电极区(11)、支杆和扭转杆，支杆通过扭转杆与活动电极区(11)固定连接，活动梳齿(4)固定连接在支杆的侧面，活动梳齿(4 )与固定梳齿(5 )交错布置。
2.按照权利要求1所述的具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法，其特征在于，所述的步骤30)中，第二孔的深度为2 —10微米。
全文摘要
本发明公开了一种具有交错梳齿的静电驱动结构的制备方法，包括以下步骤步骤10)选取SOI硅片作为起始硅片；步骤20)在SOI硅片顶面生长氧化绝缘层，然后在氧化绝缘层顶面覆盖光刻胶层，接着在光刻胶层上刻蚀孔，形成第一孔；随后在第一孔上淀积保护层，并去掉位于第一孔底面上的保护层；步骤30)沿着第一孔继续向下刻蚀孔，在衬底中形成第二孔；步骤40)刻蚀位于第一孔下方的衬底，使第二孔的孔径大于第一孔的孔径；步骤50)腐蚀掉氧化绝缘层和第一孔侧壁的保护层，然后对整个表面进行硅外延生长，使第二孔封闭；步骤60)利用光刻板，对硅膜进行梳齿光刻，制成静电驱动结构。该制备方法简单，可靠性高，且加工精度高。
文档编号B81C1/00GK103145091SQ201310048869
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月7日 优先权日2013年2月7日
发明者秦明 申请人:东南大学