[发明专利]基于金属辅助化学刻蚀的毫米波芯片腔体器件制备方法

权利要求书

1.一种基于金属辅助化学刻蚀的毫米波芯片腔体器件的制备方法，采用SOI晶片，所述SOI晶片的顶层硅层的厚度为5～200um、中间氧化硅层的厚度为100nm～5um、底层硅层的厚度为200um以上；所述中间氧化硅层作为支撑层，其特征在于制造操作步骤如下：

（1）采用电感耦合等离子体刻蚀方法，在顶层硅层上制作图案轮廓；采用金属溅射方法在图案轮廓的缝隙内溅射金，形成镀金轮廓；

具体操作如下：使用ICP刻蚀设备，工作的真空度为高真空度10^-4 Pa，在顶层硅层上按腔体图案轮廓刻蚀出腔体轮廓缝隙，并刻蚀掉对应腔体图案轮廓部分中间氧化硅层；在环境温度50℃条件下，用去胶液完全去除光刻胶；采用金属溅射的方法在腔体轮廓缝隙内溅射金形成镀金轮廓，得到顶层硅层上具有镀金轮廓的SOI晶片；镀金轮廓阻断后续工艺HF去除SiO₂层时向腔体四周边缘扩散造成过刻蚀；

（2）采用电感耦合等离子体刻蚀方法双面曝光对准，在底层硅层上制作对准标记凹槽；

（3）利用电子束光刻技术在底层硅层上光刻出网格栅状图案，在网格栅状图案上镀金属层；采用金属辅助化学刻蚀方法，按网格栅状图案去除底层硅层上对应的材料和部分氧化硅层，并移除刻蚀区域的纳米柱，在底层硅层上形成一个大面积的腔体结构；

（4）采用金属溅射方法在大面积的腔体内溅射金属层，得到毫米波芯片腔体件；

所述毫米波芯片腔体件的底层硅层上的大面积的腔体结构用于毫米波矩形波导、腔体滤波器无源器件的制作，毫米波芯片腔体器件的顶层硅层用于有源器件的制作。

2.根据权利要求1所述的一种基于金属辅助化学刻蚀的毫米波芯片腔体器件的制备方法，其特征在于：

（1）制备顶层硅图案

（1.1）曝光、显影

在SOI晶片的顶层硅层的整个表面旋涂液性AZ5214光刻胶；在带有十字丝对准标记的第一掩膜版上制作出腔体图案轮廓，采用i线接触式光刻机设备将第一掩膜版上的图形转移到光刻胶涂层上，遮挡住需要保留的光刻胶部分，曝光、显影需要去除的光刻胶部分；得到顶层硅层上具有的腔体图案轮廓的SOI晶片；

（1.2）ICP刻蚀顶层硅层上的腔体图案轮廓、溅射金属

采用电感耦合等离子刻蚀机，工作的真空度为高真空度10^-4 Pa，对显影暴露出来的顶层硅层上的腔体图案轮廓进行刻蚀，直至刻蚀完成腔体图案轮廓，并刻蚀掉对应腔体图案轮廓部分中间氧化硅层；用去胶液在环境温度50℃条件下，去除之前保留下的光刻胶；采用金属溅射的方法，在腔体轮廓缝隙中溅射金，形成镀金轮廓；得到顶层硅层上具有镀金轮廓的SOI晶片；镀金轮廓阻断后续工艺HF去除SiO₂层时向腔体四周边缘扩散造成过刻蚀；

（2）对SOI晶片双面曝光对准、底层硅层上制作对准标记凹槽

（2.1）对SOI晶片双面曝光对准、显影

（2.1.1）在底层硅层的整个表面上旋涂液性AZ5214光刻胶，并匀胶；采用数字显微镜，将SOI晶片具有镀金轮廓的顶层硅层一面向下放在数字显微镜的承片台上，调平，对焦；拍摄SOI晶片的顶层硅层上镀金轮廓的十字图样标记实时图像，并与显微镜头上方的第二掩模版上的标记静态图像同时叠加显示在显示屏上；

（2.1.2）通过转动或在X、Y和Z方向平移承片台调整SOI晶片的位置，直到所述十字图样和已存储的第二掩模版上的十字图样重合对准，接下来以接近或接触方式进行底层硅层表面的曝光，显影在底层硅层上，得到底层硅层上具有四个十字对准标记图案的SOI晶片；

（2.2）ICP刻蚀底层硅形成对准标记凹槽

采用电感耦合等离子体刻蚀机，在底层硅层上刻蚀出深度为微米级的待制作腔体图案的四个十字标记凹槽；用去胶液在环境温度为50℃条件下去除光刻胶，直到完全去掉光刻胶；

电感耦合等离子体刻蚀的工作真空度为10^-3－10^-4 Pa；

（3）制备底层硅层上的腔体结构

（3.1）设置网格电子束曝光、显影

在底层硅层上旋涂PMMA光刻胶，在四个十字标记凹槽限定的区域，用电子束曝光网格栅状图案，显影出网格栅状图案层；

（3.2）沉积钛金金属层

使用电子束蒸发设备，在网格栅状图案层上镀钛金层；用去胶液NMP（N-甲基吡咯烷酮）在环境温度70℃条件下完全去除其它部分的PMMA光刻胶；

（3.3）金属辅助化学刻蚀

将底层硅层向上，在底层硅层上放入刻蚀液，常温下进行刻蚀，将镀金网格栅状图案内的底层硅全部刻蚀；当刻蚀到中间氧化硅层时，连接支撑底层硅的与网格栅状图案对应的中间氧化硅层被刻蚀去除，形成的纳米柱缺少支撑漂浮着，随刻蚀液被移除；在底层硅层上形成一个大面积的深腔结构；

所述刻蚀液由浓度30%的过氧化氢、浓度49%的氢氟酸和去离子水按照1:3:1～1:6:8的比例混合均匀制成；

（4）溅射金属

在底层硅层上的大面积的腔体结构内溅射金属层，得到毫米波芯片腔体件。