基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法技术

本公开提供了一种基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法，包括：对硅晶圆正面进行刻蚀，形成硅微纳结构阵列；对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出硅微纳结构阵列，同时在硅微纳结构阵列的外围形成支撑结构；对硅晶圆进行热氧化处理，将硅氧化为二氧化硅；在进行热氧化处理的硅晶圆表面沉积透明电极层；另取一块玻璃圆片，在玻璃圆片上加工出填充液出入口，并在玻璃圆片的一面沉积透明电极层；将玻璃圆片沉积有透明电极层的一面与二氧化硅微纳结构阵列外围的支撑结构进行键合，形成封闭腔体。本公开利用刻蚀结合热氧化工艺，实现了高深宽比的二氧化硅微纳结构阵列的制备，进而得到高深宽比的光学调制器。进而得到高深宽比的光学调制器。进而得到高深宽比的光学调制器。

【技术实现步骤摘要】
基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法


[0001]本公开涉及微纳机电系统制造
，特别涉及一种基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法。

技术介绍

[0002]无镜头成像技术，由于其具有更轻薄、更集成、更低成本、更稳定等优势，已成为了视觉检测设备的重要发展方向。现有的无镜头技术尝试采用编码掩模、衍射光学元件、光学调制器等光学器件替代物理镜头完成光线传输和场景聚焦的功能。基于玻璃微结构阵列的光学调制器已经初步验证光学调制器透光率调节的可行性，而玻璃微结构阵列的深宽比直接影响光学成像的空间分辨率和空间调制范围，但现有玻璃微结构阵列的深宽比难以满足更大的空间调制范围的需求。
[0003]目前所采用的制备高深宽比二氧化硅微纳结构的工艺主要包括干法刻蚀工艺和玻璃热回流工艺等。其中，干法刻蚀工艺通过对玻璃或二氧化硅层进行反应离子刻蚀获得高深宽比微纳结构，该工艺方式往往速率慢、成本高。玻璃热回流工艺采用阳极键合加高温退火或者玻璃粉末填充回流等方式，是制备玻璃微结构的有效手段，但仍存在加工时间相对较长、释放玻璃结构工艺控制难等问题，制约了高深宽比微纳结构制备的可能性。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法，以至少部分解决上述技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]根据本公开的一个方面，提供了一种基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法，包括：
[0008]对硅晶圆正面进行刻蚀，形成硅微纳结构阵列；
[0009]对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出硅晶圆正面的硅微纳结构阵列，同时在硅微纳结构阵列的外围形成支撑结构；
[0010]对硅微纳结构阵列完全释放且形成支撑结构的硅晶圆进行热氧化处理，将硅微纳结构阵列氧化为二氧化硅微纳结构阵列，同时将支撑结构表面的硅氧化为二氧化硅；
[0011]在进行热氧化处理的硅晶圆表面沉积透明电极层；
[0012]另取一块玻璃圆片，在玻璃圆片上加工出填充液出入口，并在玻璃圆片的一面沉积透明电极层；以及
[0013]将玻璃圆片沉积有透明电极层的一面与二氧化硅微纳结构阵列外围的支撑结构进行键合，形成封闭腔体。
[0014]在一些实施例中，所述对硅晶圆正面进行刻蚀，形成硅微纳结构阵列，包括：选取双表面抛光的硅晶圆，在硅晶圆上正面利用金属层作为掩膜，采用深反应离子刻蚀工艺
(Deep
‑
Reactive Ion Etching，D
‑
RIE)或金属辅助化学刻蚀工艺(Metal
‑
Assisted Chemical Etching，MACE)在硅晶圆上刻蚀出尺寸相等、间距一致的硅微纳结构阵列。
[0015]在一些实施例中，所述双表面抛光的硅晶圆的厚度为200μm～500μm；所述作为掩膜的金属层采用钛/金或银，厚度为5nm～100nm；其中，金属层可单独采用银；由于金属层单独采用金时金容易脱落，所以金属层采用钛/金，此时钛作为粘结层，以避免金脱落。所述硅微纳结构阵列中，硅凹槽的宽度为10nm～10μm，相邻硅凹槽之间的间距为10nm～10μm。
[0016]在一些实施例中，所述形成硅微纳结构阵列之后，还包括：去除硅微纳结构阵列内的金属层掩膜。
[0017]在一些实施例中，所述对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出硅晶圆正面的硅微纳结构阵列，同时在硅微纳结构阵列的外围形成支撑结构，包括：采用刻蚀或腐蚀工艺在硅晶圆背面上刻蚀出空腔，直至硅晶圆正面的硅微纳结构阵列完全释放，同时在硅微纳结构阵列的外围形成支撑结构。
[0018]在一些实施例中，所述刻蚀工艺采用深反应离子刻蚀工艺D
‑
RIE，所述腐蚀工艺采用氢氧化钾KOH或四甲基氢氧化铵TMAH溶液的湿法腐蚀工艺；所述支撑结构为四方形环状结构，所述硅微纳结构阵列均位于四方形环状结构内，所述支撑结构的厚度与硅晶圆的厚度一致。
[0019]在一些实施例中，所述对硅微纳结构阵列完全释放且形成支撑结构的硅晶圆进行热氧化处理，将硅微纳结构阵列氧化为二氧化硅微纳结构阵列，同时将支撑结构表面的硅氧化为二氧化硅，包括：将硅微纳结构阵列完全释放且形成支撑结构的硅晶圆放入氧化炉内进行一次或多次热氧化处理，热氧化温度为850℃～1100℃，直至硅微纳结构阵列中的硅完全被氧化为二氧化硅，即硅微纳结构阵列氧化为二氧化硅微纳结构阵列，同时支撑结构表面的硅氧化为二氧化硅。
[0020]在一些实施例中，所述对硅微纳结构阵列完全释放且形成支撑结构的硅晶圆进行热氧化处理之后，还包括：通过氢氟酸湿法腐蚀的方式调整二氧化硅微纳结构阵列的尺寸。
[0021]在一些实施例中，所述在进行热氧化处理的硅晶圆表面沉积透明电极层与所述在玻璃圆片的一面沉积透明电极层，二者采用相同的材料。所述透明电极层采用的材料为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)或掺铝氧化锌(Aluminum doped Zinc Oxide，AZO)，所述透明电极层的厚度为1nm～50nm。
[0022]在一些实施例中，所述在进行热氧化处理的硅晶圆表面沉积透明电极层采用原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)；所述在玻璃圆片的一面沉积透明电极层采用原子层沉积ALD或溅射方式。
[0023]在一些实施例中，所述在玻璃圆片上加工出填充液出入口采用湿法腐蚀、激光钻孔或喷砂工艺实现。
[0024]在一些实施例中，所述将玻璃圆片沉积有透明电极层的一面与二氧化硅微纳结构阵列外围的支撑结构进行键合的步骤中，采用阳极键合或聚酰亚胺键合的方式进行键合。
[0025]根据本公开的另一个方面，提供了一种基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器，采用所述的基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法制备而成。
[0026](三)有益效果
[0027]从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学
调制器的制备方法，至少具有以下有益效果：
[0028]1、利用本公开，利用刻蚀结合热氧化工艺，实现了高深宽比的二氧化硅微纳结构阵列的制备，能够获得高深宽比的二氧化硅微纳结构阵列，进而得到高深宽比的光学调制器。
[0029]2、利用本公开，利用刻蚀结合热氧化工艺，相较于玻璃填充硅槽热回流结合刻蚀或腐蚀硅结构获得玻璃微结构阵列的工艺，降低了玻璃热回流产生的内部应力造成的结构不稳定性，减少了刻蚀或腐蚀硅结构的步骤，微纳结构的成型质量更高且工艺方案相对更简单。
[0030]3、利用本公开，在制备二氧化硅微纳结构阵列时采用的刻蚀结合热氧化的工艺，与微机电系统(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical Systems，MEMS)工艺完全兼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法，其特征在于，包括：对硅晶圆正面进行刻蚀，形成硅微纳结构阵列；对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出硅晶圆正面的硅微纳结构阵列，同时在硅微纳结构阵列的外围形成支撑结构；对硅微纳结构阵列完全释放且形成支撑结构的硅晶圆进行热氧化处理，将硅微纳结构阵列氧化为二氧化硅微纳结构阵列，同时将支撑结构表面的硅氧化为二氧化硅；在进行热氧化处理的硅晶圆表面沉积透明电极层；另取一块玻璃圆片，在玻璃圆片上加工出填充液出入口，并在玻璃圆片的一面沉积透明电极层；以及将玻璃圆片沉积有透明电极层的一面与二氧化硅微纳结构阵列外围的支撑结构进行键合，形成封闭腔体。2.根据权利要求1所述的基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述对硅晶圆正面进行刻蚀，形成硅微纳结构阵列，包括：选取双表面抛光的硅晶圆，在硅晶圆上正面利用金属层作为掩膜，采用深反应离子刻蚀工艺D
‑
RIE或金属辅助化学刻蚀工艺MACE在硅晶圆上刻蚀出尺寸相等、间距一致的硅微纳结构阵列。3.根据权利要求2所述的基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述双表面抛光的硅晶圆的厚度为200μm～500μm；所述作为掩膜的金属层采用钛/金或银，厚度为5nm～100nm；所述硅微纳结构阵列中，硅凹槽的宽度为10nm～10μm，相邻硅凹槽之间的间距为10nm～10μm。4.根据权利要求1所述的基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述形成硅微纳结构阵列之后，还包括：去除硅微纳结构阵列内的金属层掩膜。5.根据权利要求1所述的基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出硅晶圆正面的硅微纳结构阵列，同时在硅微纳结构阵列的外围形成支撑结构，包括：采用刻蚀或腐蚀工艺在硅晶圆背面上刻蚀出空腔，直至硅晶圆正面的硅微纳结构阵列完全释放，同时在硅微纳结构阵列的外围形成支撑结构。6.根据权利要求5所述的基于高深宽比二氧化硅微纳结构的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述刻蚀工艺采用深反应离子刻蚀工艺D
‑
RIE，所述腐蚀工艺采用氢氧化钾KOH或四甲基氢氧化铵TMAH溶液的湿法腐蚀工艺；所述支撑结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱敏杰，杜晓辉，刘帅，刘丹，王麟琨，
申请(专利权)人：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，
类型：发明
国别省市：