[發明專利]硅基有機微光機聲壓傳感器芯片制備方法

無效

• 申請號: 01119332.8
• 申請日: 2001-05-29
• 公開（公告）號: CN1318737A
• 公開（公告）日: 2001-10-24
• 發明（設計）人: 張平;高福斌;邢汝冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01D5/36
• 分類號: G01D5/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于光電子傳感器技術領域，涉及一種對硅基集成微光機聲壓傳感器制備方法的改進。

與本發明最為接近的硅基微光機聲壓傳感器，在國外已有A.Nathan等人做過關于理論分析及制備技術方面的報導。該傳感器的芯片主要是由硅襯底、二氧化硅層、氮化硅層、Mach-Zehnder干涉儀脊型光波導、硅振動膜和傳感窗口組成。其中Mach-Zehnder干涉儀為SiO₂/Si₃N₄/SiO₂/Si光波導結構。硅微光機聲壓傳感器芯片的制備工藝主要依賴于先進的化學氣相沉積和等離子增強化學氣相沉積等技術，其具體制備工藝如下：

(1)選擇(100)晶向的硅單晶片做為硅襯底。

(2)在硅襯底背面熱氧化生長二氧化硅保護膜。

(3)在硅襯底正面，采用化學氣相沉積技術生長二氧化硅層作為光波導的第二覆包層。

(4)采用等離子增強化學氣相沉積技術生長氮化硅或氮氧硅層作為光波導的第一包覆層。

(5)采用化學氣相沉積技術生長二氧化硅層作為光波導的芯層，并用反應離子蝕刻技術制備出Mach-Zehnder干涉儀脊型光波導結構。

(6)在硅襯底背面進行雙面對準光刻，利用硅各向異性腐蝕技術腐蝕出硅振動膜。

上述制備工藝存在如下問題：

Mach-Zehnder干涉儀脊型光波導結構中的氮化硅層和二氧化硅層需要利用化學氣相沉積和等離子增強化學氣相沉積技術來完成，所需設備昂貴，工藝復雜，使器件的制作成本較高，不利于器件的實用化。

本發明提出的目的是解決上述問題，通過引入有機光學材料，使器件的制備工藝得以簡化，從而將提供一種使制作成本得以降低，性能得以改善的硅基有機微光機聲壓傳感器芯片的制備方法。

本發明對于有機微光機聲壓傳感器芯片的制備工藝如下：

1)在雙面拋光的硅襯底的正反面同時熱氧化生長二氧化硅保護膜；

2)利用光刻技術，在硅襯底背面光刻出硅傳感窗口的圖形；

3)利用硅各向異性腐蝕技術，腐蝕出硅傳感窗口，使硅振動膜達到設計的厚度；

4)采用浸漬或旋涂的方法，將低折射率有機溶液均勻涂附在硅襯底正面，經干燥固化使低折射率有機溶液中的溶劑充分揮發，形成折射率較低的光波導第二包覆層；

5)采用旋涂的方法，將高折射率有機溶液均勻涂附在光波導第二包覆層表面，經干燥固化使高折射率有機溶液中的溶劑充分揮發，形成折射率較高的光波導第一包覆層；

6)采用浸漬或旋涂的方法，將低折射率有機溶液均勻涂附在光波導第一包覆層表面，經干燥固化使低折射率有機溶液中的溶劑充分揮發，形成折射率較低的光波導芯層；

7)利用雙面光刻對準技術，在光波導芯層表面制備出Mach-Zehnder干涉儀脊型光波導結構的掩模圖形；

8)根據所選用的低折射率有機光學材料，可分別采用反應離子刻蝕或紫外漂白技術在光波導芯層上制備出Mach-Zehnder干涉儀脊型光波導結構，從而制備出硅基有機微光機聲壓傳感器芯片。

本發明的積極效果：在硅基集成微光機聲壓傳感器制備技術中引入有機光學材料，用有機材料成膜技術取代了復雜的化學氣相沉積和等離子增強化學氣相沉積等制備技術，使得本發明工藝簡單，制作方便，價格低廉。并且可根據傳感器的需要，通過對有機光學材料的合成改性來提高材料的性能，如光學透明性、機械強度指標、彈性系數大小等，有機光學材料具有較寬的選材范圍，所有這些都是無機材料所不能比擬的，本發明提出，利用有機光學材料制作Mach-Zehnder干涉儀脊型光波導結構，使得光波導結構中各層薄膜的制備工藝得到簡化，制作成本得以降低，本發明提出的方法有利于促進該傳感器的實用化。利用本發明制備的硅基微光機聲壓傳感器可廣泛用于各種聲波傳感場合，如制備成海洋中的水聽器，可用來進行潛艇和魚群的搜索等等。

附圖說明：

圖1為本發明結構立體示意圖。

圖2為圖1中虛線AB處的剖面圖。

本發明實施例如圖1和圖2所示：利用本發明制備出硅基有機微光機聲壓傳感器芯片它包括硅襯底1，低折射率有機薄膜2，高折射率有機薄膜3，低折射率有機薄膜4，Mach-Zehnder干涉儀脊型光波導5、6、7、8，傳感器的硅振動膜9和傳感窗口10。

硅襯底1選用雙面拋光的(100)硅單晶片，在硅襯底1正面附著低折射率有機薄膜2，低折射率有機薄膜2為光波導5、6、7、8的第二包覆層。在低折射率有機膜2之上附著高折射率有機薄膜3，高折射率有機薄膜3為光波導5、6、7、8的第一包覆層。在高折射率有機薄膜3之上附著低折射率有機薄膜4，低折射率有機薄膜4為光波導5、6、7、8的芯層。高折射率有機薄膜3可以選用聚酰亞胺類材料，低折射率有機薄膜2、4可選用有機硅樹脂類或聚甲基丙烯酸甲酯類材料，要求上述所選用的有機光學材料，固化后的薄膜要光學透明性好，傳輸損耗低，表面平整光潔，有一定的機械強度，且其折射率和彈性系數要合適。再利用反應離子刻蝕或紫外漂白技術，在低折射率有機薄膜4上制備出Mach-Zehnder干涉儀脊型光波導5、6、7、8的結構。其中，光波導5為Mach-Zehnder干涉儀的輸入端，光波導6為Mach-Zehnder干涉儀的參考臂，光波導7為Mach-Zehnder干涉儀的傳感臂，光波導8為Mach-Zehnder干涉儀的輸出端。利用硅的各向異性腐蝕技術在硅襯底1背面腐蝕出傳感窗口10，傳感窗口10的腐蝕深度可根據硅振動膜9所需的厚度來確定。