[发明专利]硅基腔光机械系统洛伦兹力磁场传感器加工方法

说明书

本发明公开了一种硅基腔光机械系统洛伦兹力磁场传感器加工方法，包括以下步骤S1、准备SOI衬底；S2、在SOI衬底表面蒸镀一层绝缘介质层，在绝缘介质层上蒸镀一层金属薄膜形成洛伦兹线圈结构；S3、通过图形化处理和等离子体增强蚀刻工艺在SOI衬底上蚀刻出大质量块、固定块、悬臂梁以及周期排列的腐蚀孔；S4、采用电子束曝光刻蚀技术，刻蚀出光子晶体结构；S5、采用HF气体腐蚀大质量块、固定块以及光子晶体区域下方SOI衬底埋氧层。本发明采用了新型的金属氧化物和氟化物作为介质层，并使用HF干法释放工艺，解决了传统介质层无法耐受HF溶液的问题，极大的缩短了工艺时间，且不存在局部F离子浓度不均匀的状况，刻蚀更加均匀。

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，特别涉及一种硅基腔光机械系统洛伦兹力磁场传感器加工方法。

背景技术

地球周围存在地磁场，人体会产生微弱的磁场，通过对这些磁场的高精度探测可以解决生活生产中的许多问题，因此，高精度磁场传感器在军事、医疗、工业与生活中具有广泛的应用。在军事和生产领域，高精度磁场传感器主要用于高精度探测、导航及定位。

现存的高灵敏度磁场探测器类型主要有光泵磁力仪(OPM)、磁通门磁力仪(Fluxgate Magnetometers)、巨磁阻抗(GMI)磁力计、MEMS洛伦兹力磁力计、超导量子干涉仪(SQUID)磁力计、原子磁强计(AM)、腔体光机械磁力计、金刚石中氮空位(NV)中心的磁力测量等。这些磁场传感器在探测灵敏度、工作带宽、空间分辨率以及成本等方面均有各自优缺点。传统的MEMS磁场探测器中存在诸如加工工艺复杂、制作成本高、成品率低、可靠性差、难于与现行的CMOS电路集成等技术问题。

与此同时，洛伦兹力磁场传感器芯片的加工过程中，往往涉及到使用氟化氢或BOE溶液对氧化层的释放。但氟化氢具有极强的腐蚀性，在实施这一工艺的过程中，氟化氢会腐蚀介质层导致洛伦兹力磁场传感器结构失效。具体表现为：金属层下方的介质层出现崩塌或溶解，导致金属层脱落，严重影响磁场传感器芯片的性能。

因此，有必要设计一种新型的洛伦兹力磁场传感器结构，并探索其加工工艺以有效解决传统洛伦兹力磁场传感器芯片中存在的加工工艺复杂、制作成本高、成品率低、可靠性差、难于与现行的CMOS电路集成等技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的洛伦兹力磁场传感器存在的诸如工工艺复杂、制作成本高、成品率低、可靠性差、难于与现行的CMOS电路集成等技术问题，提供一种采用了新型的金属氧化物和氟化物作为介质层，并使用HF干法释放工艺，解决了传统介质层无法耐受HF溶液的问题，极大的缩短了工艺时间，且不存在局部F离子浓度不均匀的状况，刻蚀更加均匀的硅基腔光机械系统洛伦兹力磁场传感器加工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种硅基腔光机械系统洛伦兹力磁场传感器加工方法，包括以下步骤：

S1、准备SOI衬底；

S2、在SOI衬底表面蒸镀一层绝缘介质层，在绝缘介质层上蒸镀一层金属薄膜形成洛伦兹线圈结构，将洛伦兹线圈结构的两端分别连接到最外侧的金属盘上；

S3、在SOI衬底顶层上旋涂一层正性光刻胶，通过图形化处理和等离子体增强蚀刻工艺在SOI衬底上蚀刻出大质量块、固定块、悬臂梁以及周期排列的腐蚀孔；

S4、采用电子束曝光刻蚀技术，刻蚀出光子晶体结构；

S5、采用HF气体腐蚀大质量块、固定块以及光子晶体区域下方SOI衬底的埋氧层，形成基于光子晶体结构的洛伦兹力磁场传感器结构。

进一步地，所述SOI衬底为P100单晶硅，其厚度为200-500nm，优选为280nm。

进一步地，所述绝缘介质层为氧化镁、氟化钙、氟化镧、氧化锌、氧化铪、氟化铪中的一种或几种，厚度为10-50nm。所述金属薄膜为铬、铝、金、镍中的一种或几种。所述埋氧层厚度为1-5um，优选为3um。