聚焦离子束悬浮微结构加工方法、其系统及悬浮微结构与流程

本发明涉及半导体加工的，具体地，涉及一种聚焦离子束悬浮微结构加工方法、其系统及悬浮微结构。

背景技术：

1、半导体加工技术是集成电路发展的基石。通过不同工艺加工的悬浮微结构主要用于微传感器、微执行器、微机械、真空微电子等领域，在消费电子、航空航天、信息技术、生物医学、环境监控、军事等领域有在广泛的应用前景。随着半导体工艺技术的发展，悬浮结构的加工越来越引起人们的关注，如光子晶体结构、空气桥、悬臂梁等结构，因并逐渐成为微机电系统(mems，micro-electro-mechanical system)传感器中的关键结构之一。

2、公开号为cn114488698a的中国发明专利文献公开了一种用紫外光刻法制造的环氧基光刻胶的悬浮微结构的细微加工方法，所述处理方法包括如下步骤：s1、将su-8光刻胶分配在si/sio2基板上，并在旋涂机上进行涂覆；s2、通过在旋转晶片的边缘分配丙二醇甲醚乙酸酯，去除边缘珠；s3、将晶圆置于室温下的可编程加热板上进行低温烘烤；s4、第一次紫外线曝光；s5、将mr-dwl 40光刻胶旋涂在su-8上，完成后进行软烘烤；s6、第二次紫外线曝光，曝光后烘烤、显影、冲洗并干燥。

3、悬浮微结构通常采用半导体工艺实现，通过光刻、刻蚀工艺进行图形加工，通过湿法或干法刻蚀进行悬浮结构释放。

4、针对上述中的相关技术，发明人认为悬浮微结构的整个工艺流程复杂，成品率往往受到工艺限制，特别是悬浮结构中图形在悬空结构边缘的位置难以控制，对于横跨悬空及非悬空部分的图形加工更是难以实现。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种聚焦离子束悬浮微结构加工方法、其系统及悬浮微结构。

2、根据本发明提供的一种聚焦离子束悬浮微结构加工方法，包括如下步骤：

3、步骤s1：在衬底的表面上设置有牺牲层；在牺牲层上沉积薄膜材料；

4、步骤s2：将沉积薄膜材料后的衬底放入聚焦离子束设备腔室中，选取所设计图形的中间部分，采用聚焦离子束在薄膜材料表面进行图形结构加工，且刻蚀深度不小于薄膜厚度；

5、步骤s3：在聚焦离子束设备腔室中通过气体系统通入预设气体，在图形结构表面进行牺牲层刻蚀，控制通气时间结合离子束刻蚀，获得悬浮结构；

6、步骤s4：在悬浮结构表面加工剩余图形至所需位置，获得悬空边缘结构和悬浮微结构。

7、优选的，在所述步骤s1中，牺牲层包括单晶硅、多晶硅、无定形硅或钨材料。

8、优选的，在所述步骤s2中，图形结构为不小于10纳米的结构图形。

9、优选的，在所述步骤s3中，预设气体为氟化氙气体，通气时间不小于0.5分钟。

10、优选的，在所述步骤s4中，所述悬浮微结构为悬空结构或帽型结构。

11、根据本发明提供的一种聚焦离子束悬浮微结构加工系统，包括如下模块：

12、模块m1：在衬底的表面上设置有牺牲层；在牺牲层上沉积薄膜材料；

13、模块m2：将沉积薄膜材料后的衬底放入聚焦离子束设备腔室中，选取所设计图形的中间部分，采用聚焦离子束在薄膜材料表面进行图形结构加工，且刻蚀深度不小于薄膜厚度；

14、模块m3：在聚焦离子束设备腔室中通过气体系统通入预设气体，在图形结构表面进行牺牲层刻蚀，控制通气时间结合离子束刻蚀，获得悬浮结构；

15、模块m4：在悬浮结构表面加工剩余图形至所需位置，获得悬空边缘结构和悬浮微结构。

16、优选的，在所述模块m1中，牺牲层包括单晶硅、多晶硅、无定形硅或钨材料。

17、优选的，在所述模块m2中，图形结构为不小于10纳米的结构图形。

18、优选的，在所述模块m3中，预设气体为氟化氙气体，通气时间不小于0.5分钟。

19、根据本发明提供的一种悬浮微结构，应用聚焦离子束悬浮微结构加工方法进行加工得到。

20、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

21、1、本发明采用聚焦离子束两次刻蚀的方法进行悬浮微结构加工，解决了现有技术中悬浮边缘难以控制及边缘结构不易加工的技术难题；

22、2、本发明对比传统方法，本方法适用于多种材料悬浮微结构的制备，特别适用于微小尺寸悬浮微结构的加工；

23、3、本发明对比传统方法，本方法流程简单，不需要进行光刻及湿法刻蚀，解决了现有工艺流程复杂，成品率低的问题。

技术特征：

1.一种聚焦离子束悬浮微结构加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的聚焦离子束悬浮微结构加工方法，其特征在于，在所述步骤s1中，牺牲层包括单晶硅、多晶硅、无定形硅或钨材料。

3.根据权利要求1所述的聚焦离子束悬浮微结构加工方法，其特征在于，在所述步骤s2中，图形结构为不小于10纳米的结构图形。

4.根据权利要求1所述的聚焦离子束悬浮微结构加工方法，其特征在于，在所述步骤s3中，预设气体包括氟化氙气体；通气时间不小于0.5分钟。

5.根据权利要求1所述的聚焦离子束悬浮微结构加工方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述悬浮微结构为悬空结构或帽型结构。

6.一种聚焦离子束悬浮微结构加工系统，其特征在于，包括如下模块：

7.根据权利要求6所述的聚焦离子束悬浮微结构加工系统，其特征在于，在所述模块m1中，牺牲层包括单晶硅、多晶硅、无定形硅或钨材料。

8.根据权利要求6所述的聚焦离子束悬浮微结构加工系统，其特征在于，在所述模块m2中，图形结构为不小于10纳米的结构图形。

9.根据权利要求6所述的聚焦离子束悬浮微结构加工系统，其特征在于，在所述模块m3中，预设气体包括氟化氙气体；通气时间不小于0.5分钟。

10.一种悬浮微结构，其特征在于，应用权利要求1-5任一所述的聚焦离子束悬浮微结构加工方法进行加工得到。

技术总结本发明提供了一种聚焦离子束悬浮微结构加工方法、其系统及悬浮微结构，包括如下步骤：步骤S1：在衬底的表面上设置有牺牲层；在牺牲层上沉积薄膜材料；步骤S2：将沉积薄膜材料后的衬底放入聚焦离子束设备腔室中，选取所设计图形的中间部分，采用聚焦离子束在薄膜材料表面进行图形结构加工，且刻蚀深度不小于薄膜厚度；步骤S3：在聚焦离子束设备腔室中通过气体系统通入预设气体，在图形结构表面进行牺牲层刻蚀，控制通气时间结合离子束刻蚀，获得悬浮结构；步骤S4：在悬浮结构表面加工剩余图形至所需位置，获得悬空边缘结构和悬浮微结构。本发明采用聚焦离子束两次刻蚀的方法进行悬浮微结构加工，解决了现有技术中悬浮边缘难以控制及边缘结构不易加工的技术难题。技术研发人员：王英,杨明来,付学成,乌李瑛,陈舒静,付刘成受保护的技术使用者：上海交大平湖智能光电研究院技术研发日：技术公布日：2024/1/13