一种基于热模光刻的氧化硅图形结构制备方法与流程

[0001]
本发明涉及一种氧化硅表面任意微纳结构制备方法，特别是基于激光热模光刻的氧化硅表面结构制备技术。


背景技术：

[0002]
在光学调制元件和集成电路加工等领域，氧化硅基材料表面的结构制备是一步关键工艺。一般采用电子束光刻、投影式曝光光刻等方法在有机光刻胶表面形成微纳结构，然后利用等离子刻蚀技术将结构转移到基底材料上，再利用去胶液将残留的光刻胶去除，在氧化硅基底上形成微纳图形结构。最具代表性的是氧化硅光学调制光栅的制备，是将复杂的图形阵列通过曝光的方法刻写在光刻胶的表面，再经过前烘、显影、后烘、刻蚀、去胶步骤，将设计好的图形转移到氧化硅的表面。传统的氧化硅结构制备方法主要包括匀胶、软烤、曝光、前烘、显影、后烘、刻蚀、去胶等步骤，采用有机光刻胶，结合电子束光刻、投影式光刻、直写光刻等方法实现图形的产生，具有光刻胶转移比较低、图形保真度不高、曝光速度慢和工艺步骤繁多等问题。
[0003]
基于激光热模光刻技术的氧化硅制备方法，作为一种制备技术，具有工艺步骤简单、刻写速度快、特征尺寸小、跨尺度刻写、转移比相对较高等优点。在硅基结构的制备领域具有很好的应用前景。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于克服了上述现有技术的不足，提供了一种基于激光热模光刻的氧化硅图形结构制备方法。
[0005]
为达到上述目的，本发明的技术具体解决方案如下：
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一种基于热模光刻的氧化硅图形结构刻写方法，其特点在于该方法包括以下步骤：
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a)在氧化硅基片或者氧化硅薄膜上采用磁控溅射技术镀一层硫系相变材料薄膜，厚度为h；然后用波长为405nm的激光束对镀有硫系相变薄膜的氧化硅基片或者氧化硅薄膜进行激光直写曝光；采用显影液对激光曝光作用后的薄膜进行选择性湿法刻蚀，形成具有微纳图形结构的硫系相变薄膜图形层，图形的深度为d，且d＝h，形成完整的开窗结构；
[0008]
b)通过等离子体刻蚀将硫系相变薄膜的图形结构刻蚀到氧化硅表面或者氧化硅薄膜，并通过去胶液将残胶去除。
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所述的步骤b)中等离子体刻蚀，具体步骤如下：
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将所述的完整开窗的硫系相变薄膜微纳图形结构置于反应离子刻蚀机或者等离子体刻蚀机中，在氟基气体和氩气的氛围中将暴露在表面的氧化硅刻蚀除去，实现定向刻蚀，将微纳结构从硫系相变薄膜转移到氧化硅基底。
[0011]
优选的，所述的硫系相变薄膜为aginsbte或ge2sb2te5。
[0012]
优选的，所述的氟基气体为chf3。
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优选的，所述的步骤a)中，所述的显影液为硫化铵水溶液，浓度为17％。
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优选的，所述的步骤b)中，去胶液为硝酸铈铵(浓度为10％-20％)和硝酸(浓度为5％-10％)的4:1混合水溶液，去胶温度为35℃-45℃，去胶时间为20-40min。
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与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
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1)使用aginsbte硫系相变薄膜材料作为无机光刻胶，由于材料的热阈值和热扩散效果，可实现小于光班尺寸和大于光班尺寸的任意尺寸刻写，并成功将于aginsbte薄膜的微纳结构转移到硅基材料表面，即形成硅基光学元件；
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2)采用激光热模光刻技术，操作简单，制备步骤简单。
附图说明
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图1本发明一种基于热模光刻的氧化硅图形结构制备方法流程示意图；
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图2本发明一种基于热模光刻的氧化硅图形结构制备方法的aginsbte图形层；
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图3本发明一种基于热模光刻的氧化硅图形结构制备方法的二氧化硅图形层；
具体实施方式
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下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
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如图1所示，基于激光热模光刻的氧化硅表面结构制备方法包括步骤：
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a)在氧化硅晶体或者氧化硅薄膜基底上采用磁控溅射技术镀一层aginsbte硫系相变材料薄膜，薄膜厚度为300nm左右；
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b)采用波长为405nm的激光束对镀有aginsbte硫系相变薄膜的氧化硅基片进行激光直写曝光，曝光区域为晶态结构，未曝光区为沉积态；
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c)采用显影液对激光曝光作用后的薄膜进行选择性湿法刻蚀，显影温度为23℃，显影时间为4min，形成具有微纳图形结构的aginsbte图形层，采用原子力显微镜表征微纳图形结构高度为300nm，如图2所示；
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d)将所形成的微纳结构通过等离子体刻蚀将aginsbte的图形结构刻蚀到氧化硅表面，ar气体流量为10sccm，chf3气体流量为200sccm，rf功率为630w,dc偏压为200w,刻蚀气压为2.0pa，刻蚀时间6min；
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e)将上述刻蚀完成的氧化硅表面结构放入去胶液中在加热和超声的作用下去除氧化硅表面未刻蚀完全的aginsbte薄膜,去胶时间30min，之后采用原子力显微镜和扫描电子显微镜进行形貌表征，高度为1.2um，线宽2um如图3所示。