[发明专利]一种硅基MEMS闪耀光栅的制备方法

说明书

本发明涉及一种硅基MEMS闪耀光栅的制备方法，属于半导体加工技术领域，基于单晶硅的各向异性湿法腐蚀特性，通过将N型(111)硅片按特定切偏角(即闪耀角)进行切割，采用两次光刻腐蚀的方法，利用硅的慢腐蚀面(111)面相交形成闪耀光栅。采用本发明的方法制备硅基MEMS闪耀光栅，可以有效减小光栅顶部平台，改善闪耀光栅的形貌，提高光栅的衍射效率，实现任意闪耀角闪耀光栅的制备；同时还具有精度高、易集成、成本低、重复性好、适合批量生产等优点，制备得到的硅基MEMS闪耀光栅可广泛应用于各类光谱分析仪器中。

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种硅基MEMS闪耀光栅的制备方法。

背景技术

衍射光栅是现代光学器件中一种重要的分光元件，它可以使复色光发生空间分离而形成光谱，被广泛应用于光谱分析、天文学、光通信以及原子能等领域。

衍射光栅属于多缝衍射，它的能量主要集中在没有色散的零级，且不能把各种波长分开，而在实际应用中往往需要将光能集中在某一特定级次上，因而出现了闪耀光栅。闪耀光栅的特点是刻槽面与光栅面不平行，两者之间有一定的夹角称之为闪耀角。它可以将单个刻槽面衍射的中央极大和诸刻槽间的干涉零级主极大分开，从而使光能量从干涉零级主极大(即零级光谱)转移到某一级上去，从而实现该级次的闪耀，极大地提高光栅的衍射效率。

目前闪耀光栅的制备方法主要由机械划刻法、全息曝光法、全息离子束刻蚀法以及各向异性湿法腐蚀法。

机械划刻法是用金刚石刻刀在金、铝等基底材料上划刻出光栅，它的图形面可以很大，但刻画时要对每一条栅线条进行对准，效率很低，并且刻划时会产生鬼线，表面粗糙度和面型误差大，衍射效率低。

全息曝光法是指通过全息曝光显影在光刻胶上制备闪耀光栅的方法，包括驻波法和傅里叶合成法。驻波法是将两相干平面波的干涉曝光条纹记录在平面光刻胶上，然后显影得到三角槽形；傅里叶合成法是利用傅里叶级数的分量来合成锯齿槽形。全息曝光法制备的光刻胶闪耀光栅槽形差，闪耀角无法精确控制，因而未能得到广泛应用。

全息离子束刻蚀法是先用全息干涉产生正弦槽形的光刻胶光栅，然后采用离子束以一定角度轰击光栅掩模和基底，利用掩模对离子束的遮挡效果，使基底的不同位置先后被刻蚀，从而在基底材料上得到三角形槽形，具有分辨率高、定向性好等优点。然而，全息离子束刻蚀需要专用的刻蚀设备，且图形质量受全息曝光线条的限制，成本高，槽形难以精确控制。

各向异性湿法腐蚀法主要是针对硅基闪耀光栅的一种加工方法，是指将硅片按特定偏转角度切割，利用硅的各向异性湿法腐蚀特性制备闪耀光栅。该方法具有设备简单、成本低、闪耀角可控、表面粗度低、适合批量生产等特点。然而，由于受光刻最小线宽的限制，使得湿法腐蚀制备的闪耀光栅顶部存在非连续的平台，从而使衍射效率降低。

因此，有必要寻求一种新的闪耀光栅制备工艺，以优化闪耀光栅的槽形，进一步提高闪耀光栅的衍射效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对现有闪耀光栅制备技术中的不足，提供一种硅基闪耀光栅的制备方法，采用硅的各向异性湿法腐蚀技术，利用硅的慢腐蚀面(111面)相交形成闪耀光栅，通过两次光刻腐蚀，实现对光栅形貌的精确控制。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种硅基MEMS闪耀光栅的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将N(111)硅片按特定切偏角进行切割，形成偏晶向硅衬底，所述切偏角为设计的硅基MEMS闪耀光栅的闪耀角，由光谱范围和闪耀波长确定；

(2)在步骤(1)中所述偏晶向硅衬底上生长薄膜材料，作为腐蚀掩膜层；