一种微腔结构阵列的制备方法_2

文档序号:9573341阅读:来源:国知局
r>[0052]根据本发明的第二个实施例,微腔结构阵列的制备方法包括如下步骤:
[0053]步骤一:取切好的(100)硅衬底基片1 (4X4cm2)依次使用丙酮、酒精、去离子水各清洗5分钟,再用氮气枪吹干,且当硅衬底基片1清洗完毕之后,将清洗后的硅衬底基片1放置于热板上180°C烘烤5分钟,利用PECVD在380°C下生长70nm厚的氮化硅膜2,对应图2(a);
[0054]步骤二:将所得样品放在涂胶台上旋涂AR3840光刻胶3,转速4000rpm,膜厚为约70nm,且涂胶完毕之后,在热板或烘箱对其90°C烘烤2分钟,对应图2 (b);
[0055]步骤三:用激光干涉曝光技术在AR3840光刻胶3上制备圆形结构阵列4,其中,激光干涉图样的面积为cm2量级,激光干涉图样周期为400nm,曝光剂量为5mJ/cm2,曝光时间为1分钟,然后显影40秒,定影10秒。这里,激光干涉图样的周期决定光刻胶圆形结构阵列4的周期,从而决定所制备的微腔结构阵列的周期;曝光剂量决定光刻胶圆形结构的初始大小;对应图2(c);
[0056]步骤四:采用反应离子刻蚀方法刻蚀光刻胶圆形结构,调节所述圆形结构即圆形胶颗粒的大小,选用氧离子刻蚀,腔内压强为lOOmTorr,氧气流量为lOOsccm,所加射频功率为10W,刻蚀时间4分钟,对应图2(c);
[0057]步骤五:将所得样品用电子束蒸发生长10nm厚的镍膜5,真空度为3.0X10 5Pa,对应图2(d);
[0058]步骤六:利用溶脱技术,将所得样品依次采用丙酮、酒精、二次去离子水进行三步超声清洗,每步各清洗6分钟,然后再使用氮气枪吹干,以去除圆形胶颗粒及其上附着的金属镍,对应图2(e);
[0059]步骤七:将所得样品用反应离子刻蚀方法刻蚀氮化硅膜2制备微腔顶盖开口阵列,选用CHF3和氧离子刻蚀,腔内压强为55mTorr, CHF3流量为50sccm,氧气流量为5sccm,所加射频功率为150W,刻蚀时间2分20秒,对应图2(f);
[0060]步骤八:将所得样品放入K0H水溶液和异丙醇混合液中,对硅衬底基片1进行各向异性湿法腐蚀制备出倒金字塔微腔结构阵列,K0H粉末与水的质量之比为3:10,异丙醇与水的体积之比为1:4,腐蚀环境温度为80°C,腐蚀时间为2分钟,腐蚀完毕后需用二次去离子水清洗10分钟并吹干,对应图2(g)。
[0061]如图4所示,本实施例制备的倒金字塔微腔结构阵列周期为400nm,微腔顶盖开口直径约190nm,微腔深度约200nm。
[0062]相比第一实施例,本实施例在步骤三中,反应离子刻蚀光刻胶的时间为4分钟,其小于第一实施例的步骤三中的刻蚀时间5分钟,由此使得光刻胶圆形结构的尺寸相对较大,导致倒金字塔微腔的顶盖开口直径相对较大。并且,不同的顶盖开口直径,使得分别在第一实施例和第二实施例的步骤八中以相同的湿法腐蚀时间得到不同深度的微腔。
[0063]第三实施例
[0064]根据本发明的第三个实施例,微腔结构阵列的制备方法包括如下步骤:
[0065]步骤一:取切好的(100)硅衬底基片1 (4X4cm2)依次使用丙酮、酒精、去离子水各清洗5分钟,再用氮气枪吹干,且当硅衬底基片1清洗完毕之后,将清洗后的硅衬底基片1放置于热板上180°C烘烤5分钟,利用PECVD在380°C下生长70nm厚的氮化硅膜2,对应图2(a);
[0066]步骤二:将样品放在涂胶台上旋涂AR3840光刻胶3,转速4000rpm,膜厚为约70nm,且涂胶完毕之后,在热板或烘箱对其90°C烘烤2分钟,对应图2 (b);
[0067]步骤三:用激光干涉曝光技术在AR3840光刻胶3上制备圆形结构阵列4,其中,激光干涉图样的面积为cm2量级,激光干涉图样周期为400nm,曝光剂量为5mJ/cm2,曝光时间为1分钟,然后显影40秒,定影10秒。这里,激光干涉图样的周期决定光刻胶圆形结构阵列4的周期,从而决定所制备的微腔结构阵列的周期;曝光剂量决定光刻胶圆形结构的初始大小;对应图2(c);
[0068]步骤四:采用反应离子刻蚀方法刻蚀光刻胶圆形结构,调节所述圆形结构即圆形胶颗粒的大小,选用氧离子刻蚀,腔内压强为lOOmTorr,氧气流量为lOOsccm,所加射频功率为10W,刻蚀时间5分钟,对应图2(c);
[0069]步骤五:将所得样品用电子束蒸发生长10nm厚的镍膜5,真空度为3.0X10 5Pa,对应图2(d);
[0070]步骤六:利用溶脱技术,将所得样品依次采用丙酮、酒精、二次去离子水进行三步超声清洗,每步各清洗6分钟,然后再使用氮气枪吹干,以去除圆形胶颗粒及其上附着的金属镍,对应图2(e);
[0071]步骤七:将所得样品用反应离子刻蚀方法刻蚀氮化硅膜2制备微腔顶盖开口阵列,选用CHF3和氧离子刻蚀,腔内压强为55mTorr, CHF3流量为50sccm,氧气流量为5sccm,所加射频功率为150W,刻蚀时间2分20秒,对应图2(f);
[0072]步骤八:将所得样品放入K0H水溶液和异丙醇混合液中,对硅衬底基片1进行各向异性湿法腐蚀制备出倒金字塔微腔结构阵列,K0H粉末与水的质量之比为3:10,异丙醇与水的体积之比为1:4,腐蚀环境温度为80°C,腐蚀时间为2分50秒,腐蚀完毕后需用二次去离子水清洗10分钟并吹干,对应图2(g)。
[0073]如图5所示,本实施例制备的倒金字塔微腔结构阵列周期为400nm,微腔顶盖开口直径约160nm,微腔深度约260nm。
[0074]相比第一实施例,本实施例在步骤八中,湿法腐蚀的时间为2分50秒,其大于第一实施例的步骤八中的腐蚀时间2分钟,所以制备出的倒金字塔微腔更深。
[0075]第四实施例
[0076]根据本发明的第四个实施例,微腔结构阵列的制备方法包括如下步骤:
[0077]步骤一:取切好的(100)硅衬底基片1 (4X4cm2)依次使用丙酮、酒精、去离子水各清洗5分钟,再用氮气枪吹干,且当硅衬底基片1清洗完毕之后,将清洗后的硅衬底基片1放置于热板上180°C烘烤5分钟,利用PECVD在380°C下生长70nm厚的氮化硅膜2,对应图2(a);
[0078]步骤二:将所得样品放在涂胶台上旋涂AR3840光刻胶3,转速4000rpm,膜厚为约70nm,且涂胶完毕之后,在热板或烘箱对其90°C烘烤2分钟,对应图2 (b);
[0079]步骤三:用激光干涉曝光技术在AR3840光刻胶3上制备圆形结构阵列4,其中,激光干涉图样的面积为cm2量级,激光干涉图样周期为600nm,曝光剂量为7mJ/cm2,曝光时间为1分钟,然后显影40秒,定影10秒。这里,激光干涉图样的周期决定光刻胶圆形结构阵列4的周期,从而决定所制备的微腔结构阵列的周期;曝光剂量决定光刻胶圆形结构的初始大小;对应图2(c);
[0080]步骤四:采用反应离子刻蚀方法刻蚀光刻胶圆形结构,调节所述圆形结构即圆形胶颗粒的大小,选用氧离子刻蚀,腔内压强为lOOmTorr,氧气流量为lOOsccm,所加射频功率为10W,刻蚀时间4分钟,对应图2(c);
[0081]步骤五:将所得样品用电子束蒸发生长10nm厚的镍膜5,真空度为3.0X10 5Pa,对应图2(d);
[0082]步骤六:利用溶脱技术,将所得样品依次采用丙酮、酒精、二次去离子水进行三步超声清洗,每步各清洗6分钟,然后再使用氮气枪吹干,以去除圆形胶颗粒及其上附着的金属镍,对应图2(e);
[0083]步骤七:将所得样品用反应离子刻蚀方法刻蚀氮化硅膜2制备微腔开口阵列,选用CHF3和氧离子刻蚀,腔内压强为SSmTomCHF;^^量为50sccm,氧气流量为5sccm,所加射频功率为150W,刻蚀时间2分20秒,对应图2(f);
[0084]步骤八:将所得样品放入Κ0Η水溶液和异丙醇混合液中,对硅衬底基片1进行各向异性湿法腐蚀制备出倒金字塔微腔结构阵列,Κ0Η粉末与水的质量之比为3:10,异丙醇与水的体积之比为1:4,腐蚀环境温度为80°C,腐蚀时间为3分20秒,腐蚀完毕后需用二次去离子水清洗10分钟并吹干,对应图2(g)。
[0085]本实施例制备的倒金字塔微腔结构阵列周期为600nm,微腔顶盖开口直径约190nm,微腔深度约350nm。
[0086]相比第一实施例,本实施例在步骤三中,激光干涉图样周期为600nm,曝光剂量为7mJ/cm2,反应离子刻蚀光刻胶的时间为4分钟;在步骤八中,湿法腐蚀的时间为3分20秒。
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