[發(fā)明專利]一種大尺寸光學(xué)陀螺楔形腔及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011625676.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112758886B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫昊騁;王晨晟;耿安兵;胡文良;操瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 華中光電技術(shù)研究所（中國船舶重工集團公司第七一七研究所）
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;B81C1/00;B81B1/00;G01C19/72
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 劉璐

本發(fā)明提供了一種大尺寸光學(xué)陀螺楔形腔及其制備方法和應(yīng)用，其制備方法包括：依次在Si晶元表面構(gòu)建SiOsubgt;2/subgt;氧化層和掩膜層；采用接觸式紫外曝光的方式對所述掩膜層進行光刻曝光處理，清除掩膜層中的多余部分；對所述SiOsubgt;2/subgt;氧化層進行BOE腐蝕，在掩膜層內(nèi)側(cè)形成SiOsubgt;2/subgt;楔形腔，隨后清除附著在所述SiOsubgt;2/subgt;楔形腔表面的掩膜層；采用XeFsubgt;2/subgt;氣體對所述Si晶元表面進行刻蝕處理，在所述SiOsubgt;2/subgt;楔形腔內(nèi)側(cè)形成Si楔形腔。本發(fā)明解決了Si基材料中難以加工成型大尺寸的楔形腔的問題，可在Si基晶圓上實現(xiàn)特定傾角且表面平坦的楔形結(jié)構(gòu)并獲得超高品質(zhì)因素的光學(xué)諧振，具有工藝簡單、表面平整度高和易于實現(xiàn)等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)陀螺的Si基光電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種大尺寸光學(xué)陀螺楔形腔及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

陀螺儀作為測量載體角加速度和姿態(tài)的重要傳感器件，是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的重要核心部件，被廣泛的應(yīng)用于航天航海、制導(dǎo)控制、隧道施工和汽車制造等各種領(lǐng)域，其發(fā)展對工業(yè)領(lǐng)域重大科技計劃的研究具有重要意義。

諧振式光學(xué)陀螺作為光學(xué)陀螺的一個發(fā)展方向，其工作原理是通過檢測諧振腔中兩束反向傳輸?shù)墓獠ɑ氐匠霭l(fā)點時的Sagnac效應(yīng)引起的諧振頻差的變化來計算待測物體的角加速度變化，實現(xiàn)角速度傳感的檢測；由于其具有精度高、體積小且功耗低等顯著優(yōu)勢，被廣泛研究。其中，Si基諧振式光學(xué)微腔陀螺以小型化和集成化成為未來姿態(tài)檢測領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，其極限靈敏度主要取決于諧振腔直徑D與品質(zhì)因數(shù)Q值的乘積。目前，常見的硅基微腔直徑為微米級。

傳統(tǒng)的楔形諧振腔加工采用MEMS工藝，流程簡單，是制備大尺寸微腔的主要結(jié)構(gòu)；然而，由于受MEMS加工工藝技術(shù)的限制，微腔直徑D越大，微腔結(jié)構(gòu)的均勻性和表面粗糙度就越難以保證，微米級的表面粗糙度極大的減小了微腔結(jié)構(gòu)的Q值。

鑒于此，有必要研究開發(fā)一種能在Si基晶圓上實現(xiàn)特定傾角且表面平坦的楔形結(jié)構(gòu)以及獲得超高品質(zhì)因素(Q值)的大尺寸光學(xué)陀螺楔形腔的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種大尺寸光學(xué)陀螺楔形腔及其制備方法和應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種大尺寸光學(xué)陀螺楔形腔的制備方法，包括：

依次在Si晶元表面構(gòu)建SiO₂氧化層和掩膜層；

采用接觸式紫外曝光的方式對所述掩膜層進行光刻曝光處理，清除掩膜層中的多余部分；

對所述SiO₂氧化層進行BOE腐蝕，在掩膜層內(nèi)側(cè)形成SiO₂楔形腔，隨后清除附著在所述SiO₂楔形腔表面的掩膜層；

采用XeF₂氣體對所述Si晶元表面進行刻蝕處理，在所述SiO₂楔形腔內(nèi)側(cè)形成Si楔形腔。

在上述技術(shù)方案中，所述BOE腐蝕采用氟化氫緩沖溶液進行濕法腐蝕。

優(yōu)選地，在上述技術(shù)方案中，所述氟化氫緩沖溶液為氫氟酸和氟化銨的混合水溶液。

具體地，在上述技術(shù)方案中，氟化氫緩沖溶液中氫氟酸和氟化銨的配比會影響對二氧化硅的腐蝕效果，當氫氟酸的含量過高，腐蝕速度難以控制，過快的腐蝕速度會影響楔形腔的上表面光滑程度，相反，當氫氟酸的含量過低，腐蝕速度過慢。

進一步優(yōu)選地，在上述技術(shù)方案中，所述BOE腐蝕的時間為8-10h。