[發(fā)明專利]二氧化硅薄膜力學(xué)特性測試用薄膜的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010293704.4
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN101962167A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李以貴;白萬青;鄧勇;陳少軍;孫健
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B3/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種微機電技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種二氧化硅薄膜力學(xué)特性測試用薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

隨著微機電系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的薄膜材料被應(yīng)用于MEMS中，制作成MEMS器件的微機械結(jié)構(gòu)。由于二氧化硅具有硬度高、耐磨性好、絕熱性好、光透過率高、抗腐蝕能力強以及良好的介電性質(zhì)，二氧化硅薄膜被廣泛應(yīng)用于此類結(jié)構(gòu)中。隨著MEMS結(jié)構(gòu)日趨小型化，更加精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)逐漸代替了微米結(jié)構(gòu)，納米級二氧化硅結(jié)構(gòu)的制備也就逐漸開始受到關(guān)注。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Takahiro?Namazu等在《Sensors?and?Actuators，A：Physical》(傳感器與執(zhí)行器)2003年第104卷78-85頁上發(fā)表的“Quasi-static?bending?test?ofnano-scale?SiO₂?wire?at?intermediate?temperature?using?AFM-based?technique”(中溫下基于原子力顯微鏡的二氧化硅納米線準(zhǔn)靜態(tài)彎曲試驗)，該文中先是采用場增強型陽極氧化的方法生成單晶硅納米線，再通過熱氧化生成二氧化硅納米線。具體如下：首先通過氧離子注入技術(shù)生成一塊SOI基片，底層硅厚為500μm，中間的二氧化硅層厚為190nm，上層硅厚為255nm接著利用濕法刻蝕對SOI基片的底層硅進行各向異性刻蝕，到中間的二氧化硅層停止，再干法刻蝕中間的二氧化硅層，使其與下層硅對齊；然后利用場增強型陽極氧化生成納米級二氧化硅線，將AFM的金探針與上層硅片間施加偏壓，探針接陰極，硅片接陽極，利用硅片表面吸附水分子形成水膜，探針于硅片間在毛細(xì)力作用下形成水橋，水膜在電場作用下發(fā)生電化學(xué)反映，產(chǎn)生的OH^-與硅片表面發(fā)生氧化反應(yīng)，形成二氧化硅納米結(jié)構(gòu)，同時產(chǎn)生氫氣逸出；隨后以生成的二氧化硅納米線作為掩膜，在TMAH刻蝕液中對上層硅進行各向異性濕法刻蝕，生成硅納米線，然后用氫氟酸對中間的二氧化硅進行腐蝕，使其形成懸浮的硅納米結(jié)構(gòu)；最后將這一結(jié)構(gòu)在1373K的溫度環(huán)境下氧化100分鐘，從而生成二氧化硅納米結(jié)構(gòu)。這種制備方法步驟復(fù)雜，尤其是在進行場增強型陽極氧化時，為了得到精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)，需要非常精確的偏壓和探針掃描速度，而且對氧化物的生長和結(jié)構(gòu)的控制要求也很高，實際操作起來比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種二氧化硅薄膜力學(xué)特性測試用薄膜的制備方法，將電感耦合等離子刻蝕和濕法刻蝕工藝相結(jié)合，且方法步驟相對簡單易行。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種SiO₂薄膜力學(xué)特性測試用薄膜，其厚度為400nm。

本發(fā)明涉及上述薄膜及其制備方法，通過在硅片上依次熱氧化生長一層二氧化硅薄膜并涂布一層光刻膠，然后將掩模板置于光刻膠正上方進行曝光并顯影后將掩模板的圖案轉(zhuǎn)移到基片上，再采用電感耦合等離子刻蝕法進行刻蝕得到方腔結(jié)構(gòu)，最后采用濕法刻蝕方腔結(jié)構(gòu)得到硅支柱結(jié)構(gòu)支撐下的二氧化硅薄膜。

所述的硅片厚為5μm。

所述的熱氧化生長是指：采用氧化爐對硅片進行熱氧化，氧化爐的溫度為1100攝氏度，氧化時間為3分鐘，生成的二氧化硅薄膜厚度為400nm。

所述的光刻膠為PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，厚度為1μm。

所述的曝光是指采用電流為10pA的電子束曝光30秒；

所述的電感耦合等離子刻蝕法是指：采用刻蝕氣體SF₆和保護氣體CF₄并設(shè)置氣體流量為13cm³/min，刻蝕速率為0.5μm/min，刻蝕時間為20秒，刻蝕后得到帶有0.5μm厚的硅殘留底座的方腔結(jié)構(gòu)。

所述的濕法刻蝕是指：采用KOH刻蝕液對硅襯底進行濕法各向異性刻蝕，KOH刻蝕的條件為80攝氏度，KOH溶液濃度為40％wt，刻蝕時間為7分鐘。

本發(fā)明與現(xiàn)有的二氧化硅薄膜制備方法相比，不需要嚴(yán)格控制偏壓和掃描速度，能夠比較容易地控制二氧化硅薄膜的生長，而且電感耦合等離子刻蝕操作相對簡單，整套工藝流程簡單易行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

如圖1所示，本實施例包括以下幾個步驟：