一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法及一种加速度传感器技术

本发明专利技术涉及半导体加工技术领域，提供了一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法及一种加速度传感器。本发明专利技术在碳化硅基底表面制备图案化掩膜，对具有图案化掩膜的碳化硅基底进行局部激光辐照，激光辐照区域内无掩膜遮蔽的碳化硅发生改性，改性后的碳化硅刻蚀速率远高于未经激光辐照的单晶碳化硅，利用二者的刻蚀速率差，实现碳化硅多级微结构的一次性同步刻蚀。本发明专利技术提供的方法工艺简单，可操作性强，利用该方法能够制备出具有碳化硅多级微结构的传感元件和带有光纤孔的碳化硅传感基板，二者通过键合能够实现耐高温光学式碳化硅加速度传感器的制备，解决常规加速度传感器无法在高温恶劣环境下工作的问题。

A method of laser-assisted fabrication of SiC multi-stage microstructure and an acceleration sensor

【技术实现步骤摘要】
一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法及一种加速度传感器
本专利技术涉及半导体加工
，特别涉及一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法及一种加速度传感器。
技术介绍
碳化硅是一种有着优越性能的第三代半导体，它的优势主要有：宽带隙、高热导率、高饱和漂移速率、高临界电场强度等，除了这些有益的电学性能，碳化硅还具有极佳的化学稳定性及耐高温、耐腐蚀等特性。以上特性使得碳化硅在高温、高频率、高压、大功率、强辐射等恶劣环境中有着重要的应用价值。传统的加速度传感器通常是在硅基底上进行制备，该类传感器无法胜任800℃以上高温恶劣环境下加速度信号的采集。碳化硅具有极佳的化学稳定性、耐腐蚀性，且耐高温性能好，可以实现在800℃以上恶劣环境下工作，但是碳化硅属于硬脆性材料，硬度仅次于金刚石，是一种难加工材料。目前对碳化硅的加工方法主要有电化学腐蚀、激光加工、微机械加工及等离子体刻蚀等。其中，对于碳化硅的微结构加工，等离子体刻蚀是一种切实可行的方法，但是仅利用等离子体刻蚀加工碳化硅多级微结构难度极大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法及一种加速度传感器。本专利技术采用激光改性辅助制备碳化硅多级微结构，可实现碳化硅多级微结构的一次性同步刻蚀，制备方法简单、效率高；同时本专利技术提供的碳化硅加速度传感器可以解决传统加速度传感器无法在800℃以上高温环境中工作的难题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法，包括以下步骤：(1)在碳化硅基底表面涂覆光刻胶并光刻，形成图案化光刻胶；(2)在具有图案化光刻胶的碳化硅基底表面沉积反射薄膜层；(3)将所述图案化光刻胶及沉积在图案化光刻胶表面的反射薄膜层剥离，在碳化硅基底上形成图案化掩膜；(4)对具有图案化掩膜的碳化硅基底进行局部激光辐照，形成改性区域；(5)对改性区域和未改性区域的碳化硅基底同时进行等离子体刻蚀，然后将图案化掩膜去除，得到碳化硅多级微结构。优选的，所述碳化硅基底中的碳化硅为N型或P型，所述碳化硅的晶型为4H-SiC或6H-SiC。优选的，所述光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶，所述光刻胶的涂覆厚度为5～10μm。优选的，所述反射薄膜层由SiO2和SiN交替沉积得到，或由SiO2和ZrO2交替沉积得到，或由SiO2、SiN和ZrO2交替沉积得到；所述反射薄膜层的厚度为500nm～1.5μm。优选的，所述激光辐照用激光的脉冲宽度为150飞秒～500纳秒，激光的波长为100nm～1064nm。优选的，所述等离子体刻蚀为反应离子刻蚀或电感耦合反应离子刻蚀；所述等离子体刻蚀的气体组分为SF6-Ar、SF6-Ar-O2、CHF3-Ar或CHF3-Ar-O2。本专利技术还提供了一种碳化硅加速度传感器传感元件，所述传感元件表面具有多级微结构，所述多级微结构由上述方案所述方法制备得到。本专利技术还提供了一种碳化硅加速度传感器传感基板的制备方法，按照上述方案步骤(1)～(5)的方法，在碳化硅基底上刻蚀出盲孔和光纤孔，得到碳化硅加速度传感器传感基板。本专利技术提供了上述方案所述制备方法制备的碳化硅加速度传感器传感基板。本专利技术还提供了一种碳化硅加速度传感器，包括键合在一起的上述方案所述的碳化硅加速度传感器传感元件和上述方案所述的碳化硅加速度传感器传感基板。有益效果：(1)本专利技术在碳化硅基底表面制备图案化掩膜，然后通过激光辐照使无掩膜遮挡的碳化硅被改性，有掩膜遮挡的碳化硅则不受辐照影响，从而实现激光辐照区域内的图案化改性，图案化由掩膜控制，无需通过激光点移动扫描实现图案化，改性效率高，为高精度多级微结构制备提供基础。(2)本专利技术通过激光辐照使得无掩膜遮挡的碳化硅性质发生转变，由晶体转换为非晶体以及硅氧化物等，转变后的材料易于去除，其刻蚀速率远高于未经激光辐照的单晶碳化硅，由于两者等离子体刻蚀的速率差，可以实现碳化硅多级微结构一次性同步刻蚀，极大提高碳化硅多级微结构的制备效率。(3)本专利技术利用反射薄膜层作为掩膜，对碳化硅表面起到保护作用，在后续等离子体刻蚀等工艺过程中可以保证碳化硅多级微结构表面结构的完整性及较好的表面粗糙度。(4)本专利技术还提供了一种碳化硅加速度传感器，该传感器的传感元件和传感基板均是使用该专利技术方法所制备，碳化硅的耐高温性能使得该传感器能实现在高温等严苛环境下加速度的测量。附图说明图1为本专利技术实施例中制备碳化硅多级微结构的流程示意图；图2为碳化硅基底的示意图；图3为表面具有图案化光刻胶的碳化硅基底的示意图；图4为沉积反射薄膜层后的碳化硅基底的示意图；图5为表面具有图案化掩膜的碳化硅基底的示意图；图6为对表面具有图案化掩膜的碳化硅基底进行局部激光辐照的示意图；图7为等离子体刻蚀后的碳化硅基底的示意图；图8为去除图案化掩膜后得到的碳化硅多级微结构的示意图；图9为制备碳化硅加速度传感器的步骤示意图；图10为碳化硅加速度传感器的结构示意图。图2～9中：1-碳化硅基底，2-图案化光刻胶，3-反射薄膜层，4-激光改性区域，5-碳化硅加速度传感器核心元件。具体实施方式本专利技术提供了一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法，包括以下步骤：(1)在碳化硅基底表面涂覆光刻胶并光刻，形成图案化光刻胶；(2)在具有图案化光刻胶的碳化硅基底表面沉积反射薄膜层；(3)将所述图案化光刻胶及沉积在图案化光刻胶表面的反射薄膜层剥离，在碳化硅基底上形成图案化掩膜；(4)对具有图案化掩膜的碳化硅基底进行局部激光辐照，形成改性区域；(5)对改性区域和未改性区域的碳化硅基底同时进行等离子体刻蚀，然后将图案化掩膜去除，得到碳化硅多级微结构。本专利技术在碳化硅基底表面涂覆光刻胶并光刻，形成图案化光刻胶。在本专利技术中，所述碳化硅基底优选为碳化硅片或通过异质或同质外延生长的碳化硅材料；所述碳化硅基底中的碳化硅优选为N型或P型，碳化硅的晶型优选为4H-SiC或6H-SiC；在涂覆光刻胶前，本专利技术优选对碳化硅基底进行标准RCA清洗；在本专利技术中，所述光刻胶优选为正性光刻胶或负性光刻胶，所述光刻胶的涂覆厚度优选为5～10μm，更优选为6～8μm；所述涂覆的方法优选为旋涂；本专利技术对所述光刻的方法没有特殊要求，按照本领域技术人员熟知的方法进行即可，具体如紫外光刻或电子束光刻。形成图案化光刻胶后，本专利技术在具有图案化光刻胶的碳化硅基底表面沉积反射薄膜层。在本专利技术中，所述反射薄膜层优选由SiO2和SiN交替沉积得到，或由SiO2和ZrO2交替沉积得到，或由SiO2、SiN和ZrO2交替沉积得到；所述交替沉积的次数优选为4次；所述反射薄膜层的厚度优选为500nm～1.5μm，更优选为1μm；在沉积反射薄膜层之前，本专利技术优选先沉积一层Cr本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在碳化硅基底表面涂覆光刻胶并光刻，形成图案化光刻胶；/n(2)在具有图案化光刻胶的碳化硅基底表面沉积反射薄膜层；/n(3)将所述图案化光刻胶及沉积在图案化光刻胶表面的反射薄膜层剥离，在碳化硅基底上形成图案化掩膜；/n(4)对具有图案化掩膜的碳化硅基底进行局部激光辐照，形成改性区域；/n(5)对改性区域和未改性区域的碳化硅基底同时进行等离子体刻蚀，然后将图案化掩膜去除，得到碳化硅多级微结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在碳化硅基底表面涂覆光刻胶并光刻，形成图案化光刻胶；
(2)在具有图案化光刻胶的碳化硅基底表面沉积反射薄膜层；
(3)将所述图案化光刻胶及沉积在图案化光刻胶表面的反射薄膜层剥离，在碳化硅基底上形成图案化掩膜；
(4)对具有图案化掩膜的碳化硅基底进行局部激光辐照，形成改性区域；
(5)对改性区域和未改性区域的碳化硅基底同时进行等离子体刻蚀，然后将图案化掩膜去除，得到碳化硅多级微结构。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化硅基底中的碳化硅为N型或P型，所述碳化硅的晶型为4H-SiC或6H-SiC。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶，所述光刻胶的涂覆厚度为5～10μm。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射薄膜层由SiO2和SiN交替沉积得到，或由SiO2和ZrO2交替沉积得到，或由SiO2、SiN和ZrO2交替沉积得到；所述反射薄膜层的厚度为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋永刚，李鸿昌，李健，张德远，黄漫国，梁晓波，刘德峰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11