硅基微结构温热处理成形多样性控制方法与流程

本发明属于微纳米制造技术领域，具体涉及一种对硅基微结构温热处理成形多样性控制的方法。

背景技术：
MEMS(微机电系统)也叫微电子机械系统、微系统、微机械等，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，其在航空航天、汽车工业、消费电子等电信息领域广泛应用，能够有效地提高系统的自动化和智能化。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级的三维结构，实现对外界信息的感知和控制，可构成一个多功能的微型系统。近年来，各个学科领域坚持不懈的尝试着各种新的科学技术方法来设计制造硅基微结构Silicononnothing(SON)并应用于各种机械装置中，例如：传感器，谐振器。SON结构很早以前就应用在小型半导体中用来提高器件的绝缘性能，并且较多应用在微机电械系统(MEMS)例如压力传感器,以及医用微创手术钳夹，至今为止，如何控制SON结构的制备,使其应用在不同内部结构要求谐振器上的研究仍然是一片空白。在其他学者的研究过程当中,他们倾向于利用具有固定表面结构的硅材料来制造特定结构的硅基微结构SON。但，这些成果依然无法揭示加工形态变化多样性的规律，因而对加工过程优化没有任何指导意义。

技术实现要素：
基于上述现状，本发明提供了一种硅基微结构温热处理成形多样性控制方法。本发明采取如下技术方案：硅基微结构温热处理成形多样性控制方法，首先确定初始的硅基微结构参数，包括圆柱孔的深度H，圆柱孔的直径D，孔径间的距离Ds，令tanθ＝(D+Ds)/H，α＝Ds/D，然后按如下步骤：步骤一：增大α＝Ds/D的值，即增大孔径间距与孔径值的比值，在同一温度环境中对样本热处理，得到第一硅基微结构；步骤二：接着增大α＝Ds/D的值，在与步骤一相同温度下，对样本进行热处理与步骤一相同时间，得到第二硅基微结构；步骤三：继续增大α＝Ds/D的值，同第二步骤的温度及时间，得到第三硅基微结构；步骤四：增大tanθ＝(D+Ds)/H的值，即减小圆柱孔深度H，在与步骤一相同的温度和时间中对样本热处理，得到第四硅基微结构；步骤五：接着增大tanθ＝(D+Ds)/H的值，与步骤一相同温度和时间对样本热处理，得到第五硅基微结构；步骤六：继续增大tanθ＝(D+Ds)/H的值，与步骤一相同温度和时间对样本热处理，得到第六硅基微结构；步骤七：同时增大α和tanθ的值，与步骤一相同温度和时间对样本热处理，取三个初始状态值，分别得到第七、第八、第九硅基微结构；最后，以tanθ＝(D+Ds)/H的值为横坐标、α＝Ds/D的值为纵坐标，得到硅基微结构变化状态。所述的硅基微结构温热处理成形多样性控制方法，进行温热处理硅基微结构成形研究的材料为抛光6-in(100)n型硅晶片。所述的硅基微结构温热处理成形多样性控制方法，将抛光6-in(100)n型硅晶片采用离子刻蚀机制造出U型圆柱孔的样本。所述的硅基微结构温热处理成形多样性控制方法，步骤一、将U型圆柱孔的样本在500℃-1400℃环境中进行热处理。本发明主要从两个方面对硅基微结构温热处理成形多样性控制研究，分别是：控制温度和时间对确定初始结构参数的硅材料进行热处理探究硅基微结构成形多样性；改变硅材料初始结构参数，在相同温度和时间来探究硅基微结构成形变化的规律。本发明揭示了加工形态变化多样性的规律，因而对加工过程优化具有指导意义。附图说明图1是利用离子刻蚀机制造出的U型圆柱孔示意图。图2是不同温度和时间对图1的样本热处理后得到的硅基微结构成形变化示意图。图3是U型圆柱孔的微结构参数示意图。图4是对不同初始结构的硅基微结构材料热处理后的形态变化示意图。具体实施方式下面对本发明优选实施例作详细说明。本实施例进行温热处理硅基微结构成形研究的材料为抛光6-in(100)n型硅晶片；在一定温度环境中处理一段时间使其变软；利用离子刻蚀机制造出如图1所示的U型圆柱孔(样本)。将上述过程得到的U型圆柱孔在500℃-1400℃环境中进行热处理，在不同的时间内得到如图2所示的硅基微结构形态图。本实施例通过改变热处理温度和时间，硅基微结构的成形具有多样性，在500-1400℃环境内对样本热处理，在相同的时间，不同温度得到不同的硅基微结构；在相同的温度，不同的热处理时间得到不同的硅基微结构，得出硅基微结构成形多样性。改变硅基微结构的初始参数，在相同的热处理温度和时间控制下，硅基微结构成形具有一定的变化规律，如图3所示，圆柱孔的深度H，圆柱孔的直径D，孔径间的距离Ds，令tanθ＝(D+Ds)/H，α＝Ds/D。只改变α的值，即改变Ds和D，在相同的热处理温度和时间得到不同的硅基微结构成形变化示意图，如图4a、4b、4c所示；只改变tanθ的值，即改变圆柱孔的深度H，在相同的热处理温度和时间控制下，得到不同的硅基微结构成形变化示意图，如图4d、4e、4f所示；同时改变tanθ和α的值，相同的热处理温度和时间，得到不同的硅基微结构变化示意图，如图4g、4h、4i所示。如图3所示，确定初始的硅基微结构参数，包括圆柱孔的深度H，圆柱孔的直径D，孔径间的距离Ds，令tanθ＝(D+Ds)/H，α＝Ds/D。步骤一：增大α＝Ds/D的值，即增大孔径间距与孔径值的比值，在同一温度环境中对样本热处理，得到如图4a所示硅基微结构示意图；步骤二：接着增大α＝Ds/D的值，在与上述同一温度中，对样本进行热处理相同时间，得到如图4b所示硅基微结构示意图；步骤三：继续增大α＝Ds/D的值，同上述步骤，得到如图4c所示硅基微结构示意图；步骤四：增大tanθ＝(D+Ds)/H的值，即减小圆柱孔深度H，在与步骤一相同的温度和时间中对样本热处理，得到如图4d的硅基微结构示意图；步骤五：接着增大tanθ＝(D+Ds)/H的值，与步骤一相同温度和时间对样本热处理，得到如图4e所示的硅基微结构示意图；步骤六：继续增大tanθ＝(D+Ds)/H的值，与步骤一相同温度和时间对样本热处理，得到如图4f所示的硅基微结构示意图；步骤七：同时增大α和tanθ的值，与步骤一相同温度和时间对样本热处理，取四个初始状态值，分别得到如图4f、4g、4h、4i所示的硅基微结构示意图；以tanθ＝(D+Ds)/H的值为横坐标、α＝Ds/D的值为纵坐标，得到如图4所示的硅基微结构变化示意图。离子刻蚀机属于现有技术，本文不予详述。以上列举仅为本发明的优选实施例。本发明并不限于以上实施例，从本发明公开内容直接导出或联想变形所得的制备方法，均应认为是本发明的保护范围。