[发明专利]碱金属原子气室的制作方法及碱金属原子气室

说明书

本发明公开了一种碱金属原子气室的制作方法及碱金属原子气室，其制作方法包括：提供一硅片；在硅片上表面、下表面均生长硬掩模层；分别对每层硬掩膜层进行处理，形成第一窗口组和第二窗口组，第一窗口组为在硅片的第一区域的轴向上对应的两个第一窗口，第二窗口组为在硅片的第二区域的轴向上对应的两个第二窗口；将第一窗口组中两个第一窗口之间的硅片打通形成第一腔室，将第二窗口组中两个第二窗口之间的硅片打通形成第二腔室；采用激光刻蚀工艺，在第一腔室与第二腔室之间的硅片的上表面，形成内壁表面粗糙的V形微流道，使第一腔室与第二腔室连通；去除硬掩膜层；在第一腔室内放入碱金属叠氮化物；将硅片的上表面、下表面均与玻璃片密封连接。

技术领域

本发明属于光学精密加工技术领域，具体地，涉及一种碱金属原子气室的制作方法及碱金属原子气室。

背景技术

基于相干布局囚禁(CPT)原理与微机电系统(MEMS)制备工艺的芯片级原子钟无需微波谐振腔，且具有小尺寸、低功耗、高稳定度、批量化生产等特点，可广泛应用于定位、导航、授时等各项民用、军用领域中。原子气室为芯片级原子钟的核心部件，决定了原子钟的尺寸、功耗、稳定度等特性。

由于原子钟所用的碱金属单质熔点较低(铷39.3℃、铯28.4℃)，化学性质极活泼，易燃易爆，无法通过高温阳极键合的方式放入腔室内，通常选用铷或铯的叠氮化物替代金属单质，该叠氮化物熔点较高，化学性质稳定，以阳极键合的方式封入原子腔室后，以激光照射，将其分解为金属原子和缓冲气体(氮气)，形成碱金属的原子气室。

但碱金属的原子气室中激光分解的过程可能发生爆炸，产生固体残渣颗粒，包括未分解完全的物料颗粒、物料表面的杂质颗粒、爆炸破坏产生的腔体颗粒，从而降低了原子钟频率的稳定度和准确度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种碱金属原子气室的制作方法及碱金属原子气室，以期至少部分地解决上述技术问题。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种碱金属原子气室的制作方法，包括：提供一硅片；在硅片上表面、下表面均生长硬掩模层。通过光刻和刻蚀工艺分别对每层硬掩膜层进行处理，形成第一窗口组和第二窗口组，其中，第一窗口组为在硅片的第一区域的轴向上对应的两个第一窗口，第二窗口组为在硅片的第二区域的轴向上对应的两个第二窗口。将第一窗口组中两个第一窗口之间的硅片打通形成第一腔室，将第二窗口组中两个第二窗口之间的硅片打通形成第二腔室。采用激光刻蚀工艺，在第一腔室与第二腔室之间的硅片的上表面，形成内壁表面粗糙的V形微流道，使第一腔室与第二腔室连通。去除硬掩膜层；在第一腔室内放入碱金属叠氮化物；将硅片的上表面、下表面均与玻璃片密封连接。

根据本发明实施例，在硅片上表面、下表面均生长硬掩模层包括在硅片上表面、下表面分别生长第一氧化硅层、第二氧化硅层，然后在第一氧化硅层的上表面生长第一氮化硅层，在第二氧化硅层的下表面生长第二氮化硅层。

根据本发明实施例，将第一窗口组中两个第一窗口之间的硅片打通形成第一腔室，将第二窗口组中两个第二窗口之间的硅片打通形成第二腔室，包括采用湿法腐蚀工艺、深反应离子刻蚀、喷砂打孔中的任意一种方法将第一窗口组中两个第一窗口之间的硅片打通形成第一腔室，将第二窗口组中两个第二窗口之间的硅片打通形成第二腔室。

根据本发明实施例，将第一窗口组中两个第一窗口之间的所硅片打通形成第一腔室，将第二窗口组中两个第二窗口之间的硅片打通形成第二腔室，包括采用氢氧化钾或四甲基氢氧化铵湿法腐蚀第一窗口组中两个第一窗口之间的硅片形成第一腔室，采用氢氧化钾或四甲基氢氧化铵湿法腐蚀第二窗口组中的两个第二窗口之间的硅片形成第二腔室。

根据本发明实施例，去除硬掩膜层包括采用湿法腐蚀法去除硬掩膜层，其中，湿法腐蚀法包括稀磷酸湿法腐蚀法和缓冲氧化物刻蚀液湿法腐蚀法。

根据本发明实施例，将硅片的上表面、下表面均与玻璃片密封连接包括采用阳极键合工艺将硅片的上表面、下表面均与玻璃片密封连接。