[發明專利]一種批量化高品質因子硫系懸空微盤制備方法

有效

• 申請號: 201911135771.0
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111103740B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 張斌;宋景翠;李朝暉;潘競順;朱鶯;曾平羊;楊澤林;夏迪
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G03F7/00;G02F1/01
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 王曉玲

本發明屬于半導體技術領域，更具體地，涉及一種批量化高品質因子硫系懸空微盤制備方法。包括以下步驟：1)在無機襯底上旋涂聚合物電子膠，并通過曝光和顯影技術沿垂直襯底方向制備出圓柱狀結構；2)在電子膠上沉積一層硫系薄膜，以圓柱形為中心，進行圖案化并刻蝕出盤狀結構；3)通過除膠劑去除聚合物電子膠，獲得懸空微盤結構；4)對微盤結構進行熱回流提升品質因子。本發明采用電子膠作為“過渡襯底”，作為微盤的反模板結構和支撐物，方便去除，避免了傳統制備方法中在氧化硅襯底上需要浸泡氫氟酸的問題，也解決了氫氟酸浸泡時間長導致微盤塌陷的現象，環保高效，適合批量化懸空微盤制備，同時適用于多種材料的懸空微盤制備。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，更具體地，涉及一種批量化高品質因子硫系懸空微盤制備方法。

背景技術

回音壁模式光學微腔結構由于具有較高的Q值和較小的模式體積，能夠極大地增強光與物質的相互作用，在光學傳感、非線性光學、腔體光機械學以及腔量子電動力學等研究領域引起人們的廣泛重視。目前已經提出了多種回音壁諧振腔結構，包括微盤、微環、微球、微孔等結構，其中懸空結構可以進一步增強器件的靈敏度。由于硫化物具有很好的紅外通透性、較高的非線性，質軟，楊氏模量較小，是片上集成器件的優異材料。

目前制備硫化物懸空微盤的方法較為復雜，而且成品率較低，原因是硫化物與其他材料(如氮化硅、氧化硅等)相比，質軟，不容易形成支撐結構。其制備方法：首先在二氧化硅襯底上蒸鍍或者生長一定厚度的薄膜材料，然后進行曝光刻蝕，接下來通過套刻將微盤結構保護起來，用濕法或者干法刻蝕掉下面的二氧化硅以及下面的硅襯底，難點部分在于濕法去除二氧化硅層時，速度很難精確控制，刻蝕深度和寬度不能控制，制備難度大，而且二氧化硅需要用氫氟酸去除，具有強腐蝕性。最后去膠得到微盤的懸空結構。該工藝的缺點在于步驟較為復雜，需要進行兩次套刻，兩次刻蝕，刻蝕完成后殘膠的去除也存在一定的難度。

發明內容

本發明為克服上述現有技術中的缺陷，提供一種批量化高品質因子硫系懸空微盤制備方法，制備工藝簡單，避免了傳統制備方法中在氧化硅襯底上需要浸泡氫氟酸的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種批量化高品質因子硫系懸空微盤制備方法，包括以下步驟：

S1.在無機材質襯底上旋涂聚合物電子膠，在電子膠上曝光和顯影沿垂直襯底方向制備出圓柱狀結構；

S2.在電子膠上沉積一層硫系薄膜，以硫系材料填充的圓柱狀結構為中心，曝光并刻蝕出盤狀結構；

S3.通過除膠劑去除聚合物電子膠，獲得懸空微盤結構；

S4.對微盤結構進行熱回流提升品質因子。

作為優選的，所述的無機材質為硅、鍺、石英、氧化硅、藍寶石、碳化硅中的任意一種。

作為優選的，所述的曝光方式采用電子束或無掩膜曝光，刻蝕為等離子體干法刻蝕或濕法腐蝕。

作為優選的，所述的聚合物電子膠為聚甲基丙烯酸酯PMMA、ARP、ZEP、NR-9中的任意一種，電子膠的厚度大于等于300nm，不超過2μm。

作為優選的，所述的硫系薄膜為硫化砷As-S、硒化砷As-Se、鍺砷硒Ge-As-Se、砷碲硒As-Te-Se、鍺砷硫Ge-As-S、鍺銻硒Ge-Sb-Se、鍺銻硫Ge-Sb-S中的任意一種。

作為優選的，所述的圓柱狀結構的深度范圍為300nm-42μm，直徑≥200nm；硫系薄膜厚度至少大于圓柱狀結構深度50nm，厚度范圍為0.354μm-5μm；沉積方式為熱蒸鍍、電子束蒸鍍或磁控濺射，沉積速度不超過5nm/分鐘。

作為優選的，所述的盤狀結構的直徑大于圓柱形結構的直徑；盤狀結構為對稱性圓形或非對稱結構。

作為優選的，所述的除膠劑為丙酮或1165除膠劑。