一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器及其应用制造技术

本发明专利技术涉及IPC B81C1/00领域，尤其涉及一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器及其应用。所述硅基微带环形器的制备步骤包括：(1)硅片刻蚀；(2)正反磁控溅射镀膜；(3)刻蚀形成图案；(4)二次正反磁控溅射镀膜；(5)定型，嵌入磁性材料，即得硅基微带环形器成品；所述硅片的厚度为0.1

【技术实现步骤摘要】
一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器及其应用


[0001]本专利技术涉及IPC B81C1/00领域，尤其涉及一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器及其应用。

技术介绍

[0002]MEMS(Micro Electromechanical System)工艺是指能够精确至毫米、纳米尺度的微结构加工工艺。现有MEMS工艺应用广泛，在生物医药、交通技术、航天航空、国防工业等各领域加工技术中均有涉及。MEMS工艺最初起源于半导体和微电子工艺，通常采用光刻、外延、薄膜淀积、溅射、蒸镀、刻蚀等步骤制备复杂精密的三维器件。随着现代通讯的快速发展，将MEMS工艺应用于射频或微波无线通讯已成为具有巨大应用前景的研究课题。
[0003]中国专利CN111180843A公开了一种MEMS微带环形器及其制备方法，CN104167584B公开了一种集成微带的薄膜环形器及其制造方法，CN106829853A公开了一种深硅刻蚀方法及硅基MEMS运动传感器的制造方法，现有技术仍然存在着射频通讯器件的工作场合伴随着功率消耗，同时具有工作周期大、驱动电压高等问题。现有MEMS工艺在微波射频器件
的探索仍停留在实验室阶段，距离应用于生产实际仍有较大差距。基于此，探究一种能够投入大批量生产应用的MEMS制备微带环形器方法成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术通过提供一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器，解决了现有微带环形器耐损耗性差、使用寿命短、尺寸精密度有限的问题，实现了一种能够投入大批量生产应用的基于MEMS工艺的制备微带环形器。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术第一方面提供了一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器，所述硅基微带环形器的制备步骤包括：
[0006](1)硅片刻蚀；
[0007](2)正反磁控溅射镀膜；
[0008](3)刻蚀形成图案；
[0009](4)二次正反磁控溅射镀膜；
[0010](5)定型，嵌入磁性材料，即得硅基微带环形器成品。
[0011]所述硅片的厚度为0.1
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1mm。
[0012]在一些优选的实施方式中，所述步骤(1)具体为，将硅片置于高密度等离子刻蚀机中，依次进行钝化和刻蚀操作，得到含空腔的硅片，对含空腔的硅片进行湿式化学清洗，得到硅基片一。
[0013]在一些优选的实施方式中，所述钝化和刻蚀操作重复进行5
‑
20次。
[0014]更进一步优选，采用C4F8气体对硅片进行钝化，采用SF6，C4F8和O2混合气体对硅片进行刻蚀；钝化时间为4
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25s，刻蚀时间为5
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10s；刻蚀过程中高密度等离子刻蚀机的极板功率为10
‑
20W。
[0015]优选的，钝化过程中C4F8气体的通入速度为50
‑
150mL/min。
[0016]优选的，刻蚀过程中SF6，C4F8和O2气体的通入速度分别为50
‑
150mL/min，10
‑
20mL/min，4
‑
10mL/min。
[0017]本专利技术发现，采用钝化、刻蚀交替操作的方法能够得到侧壁平镇光滑、刻蚀垂直度高的含空腔硅片。尤其是采用C4F8气体进行钝化、采用SF6，C4F8和O2混合气体进行刻蚀时，沉积和刻蚀过程更易达到平衡，钝化气体在等离子状态下形成的活性F基能够均匀作用于硅片，特定气体通入速度和设备条件的控制使得深硅刻蚀过程的各向异性效果显著，在特定钝化
‑
刻蚀周期下得到平滑度、陡度高的含空腔硅片。
[0018]在一些优选的实施方式中，所述湿式化学清洗步骤为，将含空腔的硅片依次置于含H2SO4的H2O2水溶液，含NH4OH的H2O2水溶液，HF水溶液，含HCl的H2O2水溶液中进行清洗，去除有机物和无机杂质；每种试剂清洗之后用Milli Q水对硅片进行清洗，最后清洗完成后用Milli Q水对硅片冲洗5
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15min，再置于乙醇中超声清洗2
‑
10min，使用氮气吹干，得到硅基片一。
[0019]硅片母料通常负载有有机或无机杂质，对于精密的微带环形器而言，各种杂质的存在会对讯息的传递造成干扰，也容易降低硅片的使用寿命。本专利技术发现，采用湿式化学清洗方法能够对刻蚀后的硅基片一进行有效除杂，尤其是采用特定酸碱性的H2O2水溶液依次作用于硅基片一，既有效去除了硅基片一中的杂质，同时能够提升硅基片一后续操作的可控性，经过湿式化学清洗后的硅基片一与Ti靶、Au靶的附着力提升，能够形成极薄的Ti膜层和Au膜层，进一步提升微带环形器的信息传输准确性。
[0020]在一些优选的实施方式中，所述步骤(2)具体为，对硅基片一进行正反磁控溅射镀膜，定义硅基片的一面为正面，另一面为反面，正面采用Ti进行镀膜，反面采用Au进行镀膜，得到硅基片二。
[0021]进一步优选，所述步骤(2)具体为，将硅基片一置于超高真空磁控溅射设备中，使用Ti靶对硅基片一的正面进行溅射成膜，溅射过程中以12
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25mL/min的速度持续通入高纯氦气和高纯氩气的混合气体，高纯氦气和高纯氩气的气压比为(3～7)：1，混合气体的气压值为0.1
‑
1Pa；然后采用Au靶对硅基片二的反面进行溅射成膜，溅射过程中以12
‑
25mL/min的速度持续通入高纯氩气，溅射功率为60
‑
250W，高纯氩气的气压值为0.1Pa。
[0022]进一步优选，所述步骤(2)中Ti靶距离硅基片一5
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12cm；所述Au靶距离硅基片一16
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22cm。
[0023]在一些优选的实施方式中，所述正面和反面的镀膜厚度均为2
‑
16μm。
[0024]在一些优选的实施方式中，所述步骤(3)具体为，对硅基片二依次进行一次光刻，化学刻蚀，二次光刻，在硅基片二的反面形成图形，得到硅基片三。
[0025]优选的，所述一次光刻和二次光刻均采用负性光刻胶作用于硅基片二的正面，经过UV照射、显影、蚀刻和去胶，在硅基片二表面形成图案；所述负性光刻胶可为市售，例如北京赛米莱德贸易有限公司，型号为NR5
‑
8000。
[0026]优选的，所述化学刻蚀具体为，将一次光刻后的硅基片二浸没于酸混合液中，反应2
‑
10min，取出后用Milli Q水冲洗1
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3min，用氮气吹扫干净。
[0027]在一些优选的实施方式中，所述酸混合液包括氢氟酸，硝酸，醋酸，磷酸，碳酸，草酸，柠檬酸，苹果酸中的至少2种。
[0028]进一步优选，所述酸混合液包括氢氟酸，硝酸，醋酸和水；氢氟酸，硝酸，醋酸和水的体积比为40
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60：1
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3：0.1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器，其特征在于，所述硅基微带环形器的制备步骤包括：(1)硅片刻蚀；(2)正反磁控溅射镀膜；(3)刻蚀形成图案；(4)二次正反磁控溅射镀膜；(5)定型，嵌入磁性材料，即得硅基微带环形器成品；所述硅片的厚度为0.1
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1mm。2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器，其特征在于，所述步骤(1)具体为，将硅片置于高密度等离子刻蚀机中，依次进行钝化和刻蚀操作，得到含空腔的硅片，对含空腔的硅片进行湿式化学清洗，得到硅基片一。3.根据权利要求2所述的一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器，其特征在于，所述钝化和刻蚀操作重复进行5
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20次。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器，其特征在于，所述步骤(2)具体为，对硅基片一进行正反磁控溅射镀膜，定义硅基片一的一面为正面，另一面为反面，正面采用Ti进行镀膜，反面采用Au进行镀膜，得到硅基片二。5.根据权利要求4所述的一种基于MEMS工艺的硅基微带环形器，其特征在于，所述正面和反面的镀膜厚度均为2
‑
16μm。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷敏，周丹，
申请(专利权)人：苏州华勤源微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：