一种石英三维结构加工方法技术

本发明专利技术涉及石英材料，具体涉及一种石英三维结构加工方法。石英三维结构加工方法包括采用石英湿法腐蚀工艺，石英干法刻蚀工艺，和侧楞修复的平行刻蚀工艺中的任两种或三种。本发明专利技术石英三维结构加工方法，可以解决石英三维结构加工存在的由于加工方法引入的对应的加工不适宜性，本发明专利技术方法使石英三维加工突出精度高，具有成本低廉，效率高等特点。效率高等特点。效率高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种石英三维结构加工方法


[0001]本专利技术涉及石英材料，具体涉及一种石英三维结构加工方法。

技术介绍

[0002]国内外目前石英腐蚀工艺方法较为繁多，针对石英悬臂梁结构等三维结构有不同的加工方法。但是目前针对石英的三维结构加工主要运用机械加工、激光加工、干法刻蚀和湿法腐蚀等。机械加工和激光加工的加工质量和加工精度有限，不适合石英MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System)器件的加工；干法刻蚀加工成本高，速度慢，并且石英干法刻蚀设备及其工艺并不够成熟；湿法腐蚀加工尺寸小，精度较高，效率高，成本低廉。但是由于石英晶体腐蚀的各向异性，腐蚀过程中在石英的侧壁会产生晶棱，导致石英结构并不能做到理想结构的完全对称，这样会导致针对悬臂梁结构制造的产品引入质量不对称、结构不对称、正交误差等多种误差，传统湿法腐蚀修平侧面晶棱的方法是通过改变溶液性质，改变溶液选择比，并提高腐蚀时长，来进行侧面晶棱修复，其操作时长较长，工艺难度较大，溶液稳定性较难保证等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决以上技术问题之一。
[0004]本专利技术提供一种石英三维结构加工方法，可以解决石英三维结构加工存在的由于加工方法引入的对应的加工不适宜性。本专利技术方法使石英三维加工突出精度高，具有成本低廉，效率高等特点。
[0005]一种石英三维结构加工方法，包括采用石英湿法腐蚀工艺，石英干法刻蚀工艺，和侧楞修复的平行刻蚀工艺中的任两种或三种。
[0006]根据本专利技术提供的石英三维结构加工方法，所述石英湿法腐蚀工艺，包括通透腐蚀工艺(完全释放)、预刻蚀工艺(部分释放区域)中的一种或两种。所述通透腐蚀工艺针对单元结构在石英晶圆上完全释放拆除，对单个三维结构进行结构分离释放。所述预刻蚀工艺针对三维结构件的功能区或者整体对称结构进行预加工。
[0007]根据本专利技术实施例，所述通透腐蚀工艺采用氢氟酸和氟化铵混合溶液，优选用溶液配比为：40wt％氢氟酸溶液:40wt％氟化铵溶液＝(1:4)
‑
(3:1)的混合溶液(v/v)，例如1:1(v/v)，在温度环境40
‑
80℃(例如40℃、50℃、60℃、70℃、80℃)单一稳定温度下，对掩膜区以外的区域进行释放，得到符合要求的三维结构。
[0008]根据本专利技术实施例，所述预刻蚀工艺采用氢氟酸和氟化铵混合溶液，优选用溶液配比为：40wt％氢氟酸溶液:40wt％氟化铵溶液＝(1:4)
‑
(3:1)的混合溶液(v/v)的稀释溶液，例如1:1(v/v)，所述混合溶液的稀释程度为1倍
‑
10倍(v/v)，同时维持10
‑
60℃(例如10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃)单一稳定温度环境，对非掩膜区进行梯度释放，达到多层级刻蚀结构。
[0009]根据本专利技术提供的石英三维结构加工方法，所述石英干法刻蚀工艺，用于调整石
英湿法刻蚀产生的侧壁角度及削减石英晶圆的非功能性结构的厚度，同时通过干法刻蚀工艺消除三维图形表面的掩膜层。
[0010]根据本专利技术实施例，所述石英干法刻蚀工艺所用工艺气体主要为C4F8(八氟环丁烷)、CF4气体中的一种或两种，优选所述工艺气体的工艺速率为5μm/h
‑
20μm/h。
[0011]根据本专利技术实施例，所述石英干法刻蚀工艺对掩膜金属层进行刻蚀。
[0012]根据本专利技术提供的石英三维结构加工方法，所述侧楞修复的平行刻蚀工艺为湿法刻蚀二次加工，以(大大)减小石英侧壁晶棱的高度和宽度，以致侧壁晶棱完全消除。
[0013]根据本专利技术实施例，所述侧楞修复的平行刻蚀方法采用氢氟酸和氟化铵混合溶液，优选用溶液配比为：40wt％氢氟酸溶液:50wt％氟化铵溶液＝(1
‑
2):1的混合溶液(v/v)，例如1:1(v/v)；工艺温度为40℃
‑
70℃，例如40℃、50℃、60℃70℃。优选刻蚀时间为20
‑
40小时，例如20小时、30小时、40小时。
[0014]根据本专利技术提供的石英三维结构加工方法，所述石英材料包括任意切型。
[0015]根据本专利技术提供的石英三维加工方法，所述作用在石英表面的干法刻蚀的掩膜层可以为Au、Ag、Cr、photoresist(光刻胶)、polycrystalline(多晶硅)。
[0016]根据本专利技术提供的石英三维结构加工方法，所用石英晶圆厚度范围为30μm
‑
500μm。
[0017]根据本专利技术实施例，当石英晶圆厚度范围为200μm
‑
1000μm时，依次采用石英湿法腐蚀工艺，石英干法刻蚀工艺，和平行刻蚀工艺。
[0018]根据本专利技术实施例，当石英晶圆厚度范围为100μm
‑
200μm时，依次采用石英干法刻蚀工艺，石英湿法腐蚀工艺，和平行刻蚀工艺。
[0019]根据本专利技术实施例，当石英晶圆厚度范围为30μm
‑
100μm时，依次采用平行刻蚀工艺和干法刻蚀工艺。
[0020]根据本专利技术提供的石英三维结构加工方法，所述石英加工结构包括悬臂梁结构、多支撑梁结构、MESA晶体结构。
[0021]根据本专利技术实施例，还包括对待加工的石英基片样品(作为基层)进行清洗的步骤(1)；通常可按本领域标准清洗工艺流程进行清洗。
[0022]根据本专利技术实施例，还包括对待加工的石英基片样品(作为基层)进行双面沉积金属层或photoresist(光刻胶)或polycrystalline(多晶硅)的步骤(2)，所述金属可选Au、Ag、Cr。所述金属层或photoresist(光刻胶)或polycrystalline(多晶硅)的厚度可为100
‑
300nm。
[0023]根据本专利技术实施例，还包括对已双面沉积金属层或photoresist(光刻胶)或polycrystalline(多晶硅)的石英基片样品(作为基层)进行双面光刻制备悬臂梁结构或单元外框(例如光刻图形为投影重合图形)或挠性梁(例如光刻图形为投影重合图形)步骤(3)。通常可采用本领域常规工艺，例如工艺流程依次进行匀胶、软烘、光刻、显影、坚膜。
[0024]根据本专利技术实施例，在上述步骤(3)之后还包括对上述金属层或photoresist(光刻胶)或polycrystalline(多晶硅)进行干法刻蚀工艺的步骤(4)，以释放腐蚀区域。具体可采用上述石英干法刻蚀工艺。
[0025]根据本专利技术实施例，在上述步骤(4)之后还包括对所述释放区域进行湿法腐蚀的步骤(5)。具体可采用上述石英湿法刻蚀工艺。
[0026]根据本专利技术实施例，在上述步骤(5)之后还包括去除光刻胶的步骤(6)。例如使用光刻胶去胶液，对晶圆进行，并对晶圆进行醇洗、去离子水超声、甩干、烘干。
[0027]根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石英三维结构加工方法，其特征在于，包括采用石英湿法腐蚀工艺，石英干法刻蚀工艺，和侧楞修复的平行刻蚀工艺中的任两种或三种。2.根据权利要求1所述的石英三维结构加工方法，其特征在于，所述石英湿法腐蚀工艺，包括通透腐蚀工艺、预刻蚀工艺中的一种或两种；其中，可选地，所述通透腐蚀工艺针对单元结构在石英晶圆上完全释放拆除，对单个三维结构进行结构分离释放；可选地，所述预刻蚀工艺针对三维结构件的功能区或者整体对称结构进行预加工。3.根据权利要求2所述的石英三维结构加工方法，其特征在于，所述通透腐蚀工艺采用氢氟酸和氟化铵混合溶液，优选用溶液配比为：40wt％氢氟酸溶液:40wt％氟化铵溶液＝(1:4)
‑
(3:1)的混合溶液(v/v)，例如1:1(v/v)，在温度环境40
‑
80℃单一稳定温度下，对掩膜区以外的区域进行释放，得到符合要求的三维结构；所述预刻蚀工艺采用氢氟酸和氟化铵混合溶液，优选用溶液配比为：40wt％氢氟酸溶液:40wt％氟化铵溶液＝(1:4)
‑
(3:1)的混合溶液(v/v)的稀释溶液，例如1:1(v/v)，所述混合溶液的稀释程度为1倍
‑
10倍(v/v)，同时维持10
‑
60℃单一稳定温度环境，对非掩膜区进行梯度释放，达到多层级刻蚀结构。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的石英三维结构加工方法，其特征在于，所述石英干法刻蚀工艺，用于调整石英湿法刻蚀产生的侧壁角度及削减石英晶圆的非功能性结构的厚度，同时通过干法刻蚀工艺消除三维图形表面的掩膜层。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的石英三维结构加工方法，其特征在于，所述石英干法刻蚀工艺所用工艺气体主要为C4F8、CF4气体中的一种或两种，优选所述工艺气体的工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵黎明，郄立伟，王天宇，张琳琳，裴志强，
申请(专利权)人：北京晨晶电子有限公司，
类型：发明
国别省市：