[发明专利]二氧化硅薄膜力学特性测试用薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术领域的方法，具体是一种二氧化硅薄膜力学特性测试用薄膜的制备方法。

背景技术

随着微机电系统技术的迅速发展，越来越多的薄膜材料被应用于MEMS中，制作成MEMS器件的微机械结构。由于二氧化硅具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗腐蚀能力强以及良好的介电性质，二氧化硅薄膜被广泛应用于此类结构中。随着MEMS结构日趋小型化，更加精细的纳米结构逐渐代替了微米结构，纳米级二氧化硅结构的制备也就逐渐开始受到关注。

经对现有技术的文献检索发现，Takahiro Namazu等在《Sensors and Actuators，A：Physical》(传感器与执行器)2003年第104卷78-85页上发表的“Quasi-static bending test ofnano-scale SiO₂ wire at intermediate temperature using AFM-based technique”(中温下基于原子力显微镜的二氧化硅纳米线准静态弯曲试验)，该文中先是采用场增强型阳极氧化的方法生成单晶硅纳米线，再通过热氧化生成二氧化硅纳米线。具体如下：首先通过氧离子注入技术生成一块SOI基片，底层硅厚为500μm，中间的二氧化硅层厚为190nm，上层硅厚为255nm接着利用湿法刻蚀对SOI基片的底层硅进行各向异性刻蚀，到中间的二氧化硅层停止，再干法刻蚀中间的二氧化硅层，使其与下层硅对齐；然后利用场增强型阳极氧化生成纳米级二氧化硅线，将AFM的金探针与上层硅片间施加偏压，探针接阴极，硅片接阳极，利用硅片表面吸附水分子形成水膜，探针于硅片间在毛细力作用下形成水桥，水膜在电场作用下发生电化学反映，产生的OH^-与硅片表面发生氧化反应，形成二氧化硅纳米结构，同时产生氢气逸出；随后以生成的二氧化硅纳米线作为掩膜，在TMAH刻蚀液中对上层硅进行各向异性湿法刻蚀，生成硅纳米线，然后用氢氟酸对中间的二氧化硅进行腐蚀，使其形成悬浮的硅纳米结构；最后将这一结构在1373K的温度环境下氧化100分钟，从而生成二氧化硅纳米结构。这种制备方法步骤复杂，尤其是在进行场增强型阳极氧化时，为了得到精细的纳米结构，需要非常精确的偏压和探针扫描速度，而且对氧化物的生长和结构的控制要求也很高，实际操作起来比较困难。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种二氧化硅薄膜力学特性测试用薄膜的制备方法，将电感耦合等离子刻蚀和湿法刻蚀工艺相结合，且方法步骤相对简单易行。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种SiO₂薄膜力学特性测试用薄膜，其厚度为400nm。

本发明涉及上述薄膜及其制备方法，通过在硅片上依次热氧化生长一层二氧化硅薄膜并涂布一层光刻胶，然后将掩模板置于光刻胶正上方进行曝光并显影后将掩模板的图案转移到基片上，再采用电感耦合等离子刻蚀法进行刻蚀得到方腔结构，最后采用湿法刻蚀方腔结构得到硅支柱结构支撑下的二氧化硅薄膜。

所述的硅片厚为5μm。

所述的热氧化生长是指：采用氧化炉对硅片进行热氧化，氧化炉的温度为1100摄氏度，氧化时间为3分钟，生成的二氧化硅薄膜厚度为400nm。

所述的光刻胶为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，厚度为1μm。

所述的曝光是指采用电流为10pA的电子束曝光30秒；

所述的电感耦合等离子刻蚀法是指：采用刻蚀气体SF₆和保护气体CF₄并设置气体流量为13cm³/min，刻蚀速率为0.5μm/min，刻蚀时间为20秒，刻蚀后得到带有0.5μm厚的硅残留底座的方腔结构。

所述的湿法刻蚀是指：采用KOH刻蚀液对硅衬底进行湿法各向异性刻蚀，KOH刻蚀的条件为80摄氏度，KOH溶液浓度为40％wt，刻蚀时间为7分钟。

本发明与现有的二氧化硅薄膜制备方法相比，不需要严格控制偏压和扫描速度，能够比较容易地控制二氧化硅薄膜的生长，而且电感耦合等离子刻蚀操作相对简单，整套工艺流程简单易行。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括以下几个步骤：