硅V型槽的制作工艺瑞合航天

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1、硅V型槽的制作工艺北京瑞合航天电子设备有限公司概述随着光通讯的迅猛发展，光纤到户已经实现。光通讯网络中人们大量使用平面光波导器件PLC，并通过光纤阵列与平面光波导器件精确对准，这对光纤阵列中最重要的基本元件——精密V型槽的制作提出了很高要求。按照材料分类，精密V型槽有陶瓷V型槽、玻璃V型槽和硅V型槽三种。按照加工方法分类，有精密机械加工方法和微机械加工方法。陶瓷V型槽、玻璃V型槽采用精密机械加工方法，硅V型槽采用微机械加工方法。概述精密机械加工方法是在精密机床上用金刚石刀具对工件进行精研、抛光。由于存在刀具磨损，需要在

2、加工过程中对刀具进行在线检测、在线修复。精密V型槽的周期精度达到亚微米量级，因此导致机床和刀具的精度要求达到亚微米乃至纳米量级。优点：陶瓷、玻璃、单晶硅都可加工。陶瓷V型槽强度高、耐磨，主要用在光纤熔接机上。玻璃V型槽透明，放光纤时便于在线观察，主要用在光纤阵列中。缺点：设备费很贵，维护费也很高。此外，由于是单件加工，大批量时需要多台设备同时工作。概述微机械加工方法有体硅加工方法、表面硅加工方法、LIGA加工方法等，是微机电系统（MEMS）中最重要、最基本的工艺。硅V型槽用的是体硅加工方法，这是MEMS工艺中最成熟的方

3、法，也是目前实用化MEMS元器件中使用最广泛的方法。该方法利用单晶硅的各向异性腐蚀特性，通过晶面自然解理形成V型槽，因此只适用于单晶硅。硅V型槽侧壁光滑、线条笔直、一致性好、精度高，无精密机械加工的累计误差。由于采用与微电子类似的并行生产工艺，保证了高品质、大批量、低成本。概述硅V型槽的三维几何尺寸精度高，非常适合于放置光纤并精密定位，能和激光器、探测器以及其它光电子器件的间隔严格匹配，大大减少了光电子器件和光纤耦合对准的损耗。硅V型槽广泛应用在光通讯领域，例如光纤阵列等器件中，虽然其不透明，但若用透明玻璃做盖板，也可

4、用于在线观察。硅V型槽传热性能好，光纤可以承受很大激光功率，因此在大功率激光器领域具有不可替代的作用，例如用半导体激光器阵列做激光加工机床或者用作大功率固态激光器的泵浦源，以及激光印刷等。硅V型槽的制作流程图硅片制备薄膜生长光刻薄膜刻蚀划片湿法腐蚀一、硅片制备工艺滚磨切片磨片倒角减薄腐蚀抛光用化学腐蚀液除去硅片表面的损伤层和沾污层用成型砂轮磨削硅片边缘，直到规定形状用化学机械抛光获得镜面平整的硅片用研磨液将硅片研磨成具有规定的表面平整度把单晶硅棒切成所需厚度的硅片将单晶硅棒研磨成具有精确直径,并标记晶轴方向二、薄膜生长

5、工艺硅片表面生长一层薄膜，用作各向异性腐蚀时保护图形的掩模，通常为二氧化硅和/或氮化硅二氧化硅主要是热氧化，也可以用低压化学气相沉积（LPCVD）或者等离子体增强化学气相沉积（PECVD），氮化硅主要是低压化学气相沉积热氧化干氧——生长慢，膜层薄、致密湿氧——生长快，膜层厚、疏松干-湿-干——综合上述优点，性能好二、薄膜生长工艺低压化学气相沉积低压，摄氏600~800度，热分解或化学反应输运控制：低压，大自由程，表面反应SiO2：800度，SiH4+O2，或TEOS热分解Si3N4：700度，SiH2Cl2+NH3，S

6、iH4+NH3在化学气相沉积中加入等离子体，增强沉积速率优点：温度较低，生长快缺点：设备贵，控制复杂等离子体增强化学气相沉积三、光刻工艺流程制版清洗--HMDS底剂涂胶前烘曝光显影检查后烘与通常的集成电路IC工艺相同四、薄膜刻蚀干法刻蚀真空腔中，通入气体，并激发等离子体。常见反应离子刻蚀（RIE）、感应耦合等离子体（ICP）。精度高，但速度慢。适用于二氧化硅和氮化硅湿法刻蚀化学腐蚀液，微米级精度，速度快适用于二氧化硅，不适用于氮化硅五、湿法腐蚀工艺湿法腐蚀是最早应用于IC和MEMS的技术—1970各向同性腐蚀—各方向上

7、有相同的腐蚀速率HNA：HF+HNO3+H2O+HAC（CH3COOH）各向异性腐蚀—腐蚀速率依赖于单晶晶向KOH+肼（联胺）乙二胺+邻苯二酚（EDP）沿特定晶向腐蚀腐蚀在有掩膜条件下进行，以获得所需图形湿法腐蚀是制作硅V型槽的关键工艺！机理：电化学反应（氧化—还原反应）硅片表面存在微观的阴极、阳极；在阳极发生氧化，阴极还原腐蚀机理空穴到达半导体表面；Si+2H+——Si2+吸附来自水中的OH-：Si2++2OH-——Si（OH）2Si（OH）2与溶液中的络和剂反应副产物在腐蚀剂中溶解五、湿法腐蚀工艺对腐蚀速率的影响：

8、反应速率限制：腐蚀速率受制于化学反应速率扩散限制：腐蚀速率受制于反应剂的输运通过液体到达或离开表面扩散限制下：激活能较低（通常几KJ/mol）对反应温度不敏感溶液搅拌十分重要—提高到达表面的反应剂浓度提高反应速率稳定反应速率均匀反应速率反应速率限制条件下：工艺与反应温度、反应剂比率关系密切五、湿法腐蚀工艺到达表面的少子数的限制：限